. Definición de central eléctrica

Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica en energía eléctrica.

Las principales fuentes de energía son el agua, el gas, el uranio, el viento y la energía solar. Estas fuentes de energía primaria para mover los álabes de una turbina, que a su vez está conectada en un generador eléctrico.

Hay que tener en cuenta que hay instalaciones de generación donde no se realiza la transformación de energía mecánica en electricidad como, por ejemplo:

Los parques   fotovoltaicos , donde la electricidad se obtiene de la transformación directa de la radiación solar.

Las pilas de combustible o baterías, donde la electricidad se obtiene directamente a partir de la energía química.

Central Térmica de Ciclo Combinado Sant Adrià

Tipos de centrales eléctricas

Una buena forma de clasificar las centrales eléctricas es haciéndolo en función de la fuente de energía primaria que utilizan para producir la energía mecánica necesaria para generar electricidad: 

Centrales  hidroeléctricas: el agua de una corriente natural o atificial, por el efecto de un desnivel, actúa sobre las palas de una turbina hidráulica.

Centrales térmicas convencionales: el combustible fósil (carbón, fueloil o gas) es quemado en una caldera para generar energía calorífica que se aprovecha para generar vapor de agua. Este vapor (a alta presión) acciona las palas de una turbina de vapor, transformando la energía calorífica en energía mecánica.

Centrales térmicas de ciclo combinado: combina dos ciclos termodinámicos. En el primero se produce la combustión de gas natural en una turbina de gas, y en el segundo, se aprovecha el calor residual de los gases para generar vapor y expandirlo en una turbina de vapor.

Centrales nucleares: la fisión de los átomos de uranio libera una gran cantidad de energía que se utiliza para obtener vapor de agua que, a su vez, se utiliza en un grupo turbina-alternador para producir electricidad.

Centrales eólicas: la energía cinética del viento se transforma directamente en energía mecánica rotatoria mediante un aerogenerador.

Centrales termoeléctricas solares: la energía del Sol calienta un fluido que transforma en vapor otro segundo fluido, que acciona la turbina-alternador que consigue el movimiento rotatorio y así, generar electricidad.

Centrales de biomasa o de residuos sólidos urbanos (RSU): utilizan el mismo esquema de generación eléctrica que una central térmica convencional. La única diferencia es el combustible utilizado en la caldera, que proviene de nuestros residuos.

Energía de pequeñas centrales hidráulicas

Esta energía proviene de la energía mecánica, principalmente potencial, que posee el agua. Por este motivo el emplazamiento de estas centrales sería en las zonas cordilleranas y pre cordilleranas de nuestro país, ya que en estos lugares es dónde podemos encontrar el mayor diferencial de energía potencial en los cauces de ríos. Las pequeñas centrales hidroeléctricas según la definición de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo se pueden clasificar de la siguiente forma:

Nano o Pico centrales: Corresponden a centrales cuya potencia de generación es inferior a 1kW. Son fundamentalmente usadas para suministro familiar y aplicaciones mecánicas.

Micro centrales: Corresponden a las centrales cuya potencia de generación está entre 1kW y 100kW. Su uso principal en el mundo ha sido abastecer redes eléctricas comunales en sectores aislados.

Mini Centrales: Son las que poseen una capacidad de generación entre los 100kW y los 1.000kW. Estas se han usado en el mundo para abastecer varias comunidades cercanas como también para la conexión a la red de energía nacional.

Pequeñas Centrales: Son aquellas cuya potencia instalada se encuentra en el rango de 1MW a 5MW. Se han usado para alimentar pequeñas ciudades y sectores aledaños y también para conectarlas a la red eléctrica nacional.

La energía proveniente de pequeñas centrales hidroeléctricas es la que competitivamente presenta mayores ventajas con respecto a otras fuentes de energía renovable, ya que son las que presentan mayor desarrollo tecnológico. Esto debido a que este tipo de energía se ha venido usando hace ya muchos años, como también porque este tipo de centrales presenta factores de planta por lo general superiores a 50% y costos de inversión de alrededor de US$ 2 millones por MW instalado.

Para hacer el cálculo de la potencia generada a partir de estas centrales, con el caudal y la caída ya determinados, podemos  obtener la potencia generable en un generador sin pérdidas de la siguiente forma:

Donde PH es la potencia hidráulica máxima, g es el peso específico del agua (que vale alrededor de 9.8 [N/m^3]), h es la caída medida en metros y Q es el caudal medido en [m^3/s].

Para obtener un cálculo más realista debemos considerar en la expresión anterior los factores que afectan la eficiencia de los procesos de transformación de energía que son:

La energía de presión disponible a la entrada de la turbina: a la caída total se le deben restar las pérdidas que provocan las tuberías a presión. Así se obtiene la caída neta ó caída aprovechable por la turbina (hn).

Transformación de la energía hidráulica a mecánica: se debe considerar la eficiencia de la turbina hidráulica (nT).

Transformación de la energía mecánica a eléctrica: se debe considerar también la eficiencia del generador eléctrico (nG).

Hay ocasiones en que la turbina y el generador eléctrico se deben acoplar por medio de cajas reductoras u otros mecanismos, en los cuales existe una pérdida de eficiencia.

Por lo tanto, si consideramos que el acoplamiento entre turbina y generador no tiene pérdidas (o las consideramos dentro de alguno de los otros factores de eficiencia), la potencia generada neta será:

En la práctica se usa generalmente para centrales de pasada la siguiente fórmula aproximada para el cálculo de la potencia neta:

 

Ventajas de la energía hidroeléctrica a pequeña escala

Es una fuente limpia y renovable de energía: No consume agua, solo utiliza su energía potencial. No emite gases invernaderos y los impactos al sector donde se instala la central no son significativos.

Disponibilidad: Este recurso inagotable mientras el ciclo del agua perdure y se conserve en la cuenca del rio intervenido. Además en chile, por sus características climatológicas y geográficas, existe una gran disponibilidad de este recurso.

Bajos costos de operación: Ya que no se requiere de combustibles y las necesidades de mantenimiento son relativamente bajas.

Funciona a Temperatura ambiente y “operación en frio”: no se requiere emplear sistemas de refrigeración ó calderas que consumen energía y en muchos casos contaminan.

Eficiencia: Esta tecnología posee altas eficiencias de conversión de la energía potencial a energía mecánica y eléctrica (entre 75% y 90%) que es mayor al de otras tecnologías.

Vida útil: La tecnología es robusta y posee larga vida útil. Los sistemas pueden mantenerse funcionando por 50 años o más sin requerir grandes inversiones para reemplazar componentes.

Desventajas de la energía hidroeléctrica a pequeña escala

Alto costo inicial: La inversión requerida está muy concentrada en el desarrollo inicial del proyecto.

Disponibilidad Local: La tecnología depende de las condiciones geográficas, climatológicas e hidrológicas por lo que no está disponible en cualquier sitio. Además en muchos casos lo sitios aptos están muy lejanos del sistema de transmisión.

Variabilidad del caudal: como estas centrales por lo general no disponen de gran capacidad de almacenamiento de agua, la potencia máxima generada está determinada por el caudal el que puede variar considerablemente de una temporada a otra.

Necesidad de estudios: Los proyectos de pequeñas centrales requieren de estudios técnicos para conocer el potencial disponible y la factibilidad técnica, estos implican un costo y un plazo mayor para la puesta en marcha.

La hidroeléctricas según su potencia :

•Nano Centrales: Menor que 1 kW•Pico Centrales: Mayor de 1 kWhasta 5kW•Micro Centrales: Mayor de 5 kWhasta 50 kW•Mini Centrales: Mayor de 50kW hasta 500 kW•Pequeñas Centrales: Mayor de 500 kWhasta 5 MW•Medianas Centrales: Mayor de 5 MW hasta 50 MW•Grandes Centrales: Más de 50 MW