Unidad 5. Producción de energía eléctrica

La naturaleza nos ofrece una gran cantidad de fuentes de energía que es necesario
conocer para utilizar del modo más racional posible. A partir de ellas, es posible
obtener distintas formas de energía que pueden luego ser transformadas.
De esto se ocupan las centrales eléctricas, tanto las convencionales como las
alternativas. Las analizaremos con detalle y valoraremos
sus ventajas e
inconvenientes.
También descubriremos cómo llega la energía eléctrica hasta nuestros hogares y qué
podemos hacer para utilizarla de modo eficiente.
Llamamos energía a la capacidad de producir trabajo. Toda actividad que realizamos
en la vida cotidiana precisa de energía y es imprescindible para que exista la vida.
La energía se manifiesta de muchísimas formas: calor, luz, movimiento…; pero
posiblemente sea la electricidad la manifestación de la energía que más se aprovecha
en países industrializados debido a:



Su facilidad de obtención.
Su sencillez en el transporte.
La gran variedad de transformaciones a que puede ser sometida.
Para producir energía eléctrica lo único que necesitamos es un dispositivo que cree y
mantenga una diferencia de potencial entre dos puntos para que se pueda producir un
flujo de electrones, es decir, la corriente eléctrica.
FUENTE DE ENERGÍA
TRANSFORMACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA
ENERGÍA
DENOMINACIÓN
TRANSFORMACIÓN
PRIMARIA
Sol
Radiante
Agua de los ríos
Viento
Agua del mar
Agua del mar
Calor interno de la Tierra
Combustibles fósiles
Materia orgánica
Desintegración atómica
Mecánica
Mecánica
Mecánica
Térmica
Térmica
Química
Química
Nuclear
E.
E.
E.
E.
E.
E.
E.
E.
E.
E.
fotovoltaica
heliotérmica
hidráulica
eólica
maremotriz
hidrotérmica
geotérmica
química
de la biomasa
atómica
E.
E.
E.
E.
E.
E.
E.
E.
E.
E.
eléctrica
eléctrica y térmica
eléctrica y mecánica
eléctrica y mecánica
eléctrica y mecánica
eléctrica
eléctrica y térmica
eléctrica, térmica y mecánica
eléctrica y térmica
eléctrica
Página 1 | 10
Dada la importancia de la energía eléctrica en la sociedad actual, las distintas fuentes
de energía se han clasificado en tres grupos:



Energías no renovables o convencionales.
Energías renovables o alternativas.
Energías potencialmente renovables.
Se les suele llamar convencionales, puesto que son las que se han utilizado desde la
antigüedad.
Dentro de este grupo encontramos a los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas
natural) y a los minerales radiactivos (uranio y plutonio habitualmente).
Se han clasificado como no renovables por dos causas concretas:
a) Se agotarán en un periodo de tiempo no muy largo y, además
b) Son bastante contaminantes del medio ambiente.
Son aquellas en las que se convierte la energía química de un combustible (carbón,
petróleo o gas) en energía eléctrica.
Página 2 | 10
El ciclo de funcionamiento de este tipo de centrales es el siguiente:




El calor generado por la combustión se emplea para calentar el agua contenida
en una caldera.
El agua hierve y produce vapor que, a alta presión, es conducido hasta las
turbinas.
La energía del vapor mueve una turbina de vapor que, a su vez, acciona el rotor
del alternador eléctrico.
Tras accionar la turbina, el vapor de agua se enfría en un condensador y en las
torres de refrigeración, y regresa a la caldera para repetir el ciclo.
Las centrales térmicas son las más potentes y permiten obtener energía eléctrica de
forma continua en cualquier lugar, independientemente de sus condiciones climáticas.
El principal inconveniente de las centrales térmicas es la contaminación atmosférica y
terrestre que produce la emisión de residuos sólidos y gaseosos procedentes de la
combustión.
Son aquellas en las que se convierte la energía de fisión de materiales radiactivos
(uranio y plutonio) en energía eléctrica.
El ciclo de funcionamiento de las centrales nucleares es muy similar al de las térmicas:


El reactor nuclear, donde se produce la fisión, libera grandes cantidades de
energía y ha de ser refrigerado, de modo que el agua del circuito de
refrigeración, que circula a presión, se calienta a altísimas temperaturas.
El agua caliente a presión es transportada hasta un intercambiador, donde
transfiere la energía térmica a otro circuito y regresa al reactor para ser
calentada de nuevo.
Página 3 | 10


El vapor generado en el segundo circuito mueve una turbina que, a su vez,
acciona el rotor del alternador eléctrico.
Después de enfriarse en el condensador y en las torres de refrigeración, regresa
al intercambiador para repetir el ciclo.
El interés de estas centrales reside en la gran cantidad de energía que se produce a
partir de masas relativamente pequeñas de material fisionable. De hecho, producen
aproximadamente un tercio de toda la energía eléctrica que se consume en nuestro
país.
Por el contra, las centrales nucleares, que prometían ser una alternativa, han resultado
ser problemáticas, en gran parte debido a la necesidad de establecer complejos
sistemas de seguridad para evitar catástrofes de graves consecuencias, como la de
Chernobil (Ucrania) en 1986. Además, plantean un problema de difícil solución: la
eliminación de los residuos radiactivos.
En España, en la actualidad, siguen operativas seis centrales nucleares: la de Ascó
(Tarragona), con dos reactores gemelos, la de Almaraz (Cáceres) con la misma
estructura, la de Trillo (Guadalajara), la de Cofrentes (Valencia), la de Vandellós II
(Tarragona), la de Santa María de Garoña (Burgos), todas estas con un solo reactor y
la última a punto de finalizar su vida útil, que se estima en alrededor de unos 40 años
aproximadamente para los reactores nucleares.
Son aquellas en las que se convierte la energía potencial (𝐸𝑝 = 𝑚𝑔ℎ) del agua en
movimiento en energía eléctrica.
Las centrales hidroeléctricas se construyen en presas.
Página 4 | 10
El funcionamiento es el siguiente:


El agua embalsada en las presas se bombea para que coja una determinada
altura y se deja caer, descendiendo por una tubería hasta el nivel inferior de
la presa, en el cauce de los ríos, el agua desciende por acción de la gravedad.
Se transforma en energía eléctrica al golpear el grupo turbina-alternador.
No se considera una energía limpia por los enormes impactos sociales y
medioambientales: deforestación, pérdida de biodiversidad y grandes desplazamientos
poblacionales. Su expansión es limitada porque la mayoría de los ríos importantes ya
cuentan con una o varias centrales.
Ventajas de este tipo de energía: los embalses tienen otras utilidades como el regadío
y el suministro de agua a poblaciones cercanas. Los costes de explotación y
mantenimiento son bajos.
Inconvenientes de este tipo de energía: no es continua; produce impacto acústico,
visual o paisajístico, edáfico, biológico.
Se les suele llamar alternativas, puesto que son energías relativamente nuevas surgen
como alternativa a las convencionales.
Entre ellas vamos a estudiar las siguientes: minicentral hidroeléctrica, eólica, solar,
maremotriz, olamotriz, geotérmica.
Se han clasificado como renovables por dos causas concretas:
a) Son infinitas.
b) No son contaminantes del medio ambiente.
Son aquellas en las que se convierte la energía potencial (𝐸𝑝 = 𝑚𝑔ℎ) del agua en
movimiento en energía eléctrica.
Las minicentrales hidroeléctricas se construyen en saltos de agua de los cauces de los
ríos y deben mantener un caudal mínimo en el río. No existe embalse y dejan pasar el
agua excedente.
Se consideran energías renovables por ofrecer posibilidades de crecimiento, debido a
la diversidad de caudales que aún son susceptibles de ser aprovechados con las nuevas
tecnologías.
Página 5 | 10
El funcionamiento es el siguiente:
 Por medio de canalizaciones se hace
una derivación del caudal del río
(respetando el caudal ecológico), de
forma que se consiga un desnivel
respecto al nivel del río.
 El salto del agua mueve una turbina,
que a su vez mueve el generador.
Ventajas de este tipo de energía: no se agota y no contamina.
Inconvenientes de este tipo de energía: produce impacto visual; el caudal de algunos
ríos en verano es escaso o nulo.
1
Son aquellas en las que se convierte la energía cinética (𝐸𝑐 = 2 𝑚𝑣 2) del viento en
energía eléctrica.
Los dispositivos empleados en este tipo de centrales reciben el nombre de
aerogeneradores.
Los aerogeneradores se suelen instalar en llanuras elevadas en las que no haya
obstáculos para que el viento circule a bastante velocidad. La velocidad mínima a la
que debe circular el viento para aprovechar su energía, suele ser 3 m/s.
Página 6 | 10
El funcionamiento es el siguiente:
 Cuando los sensores del aerogenerador
detectan viento, el sistema lo orienta en la
dirección del viento.
 Si el viento supera los 3 m/s hace girar las
aspas del aerogenerador que están conectadas
a la turbina y ésta al alternador, produciendo
de este modo energía eléctrica.
Si el viento es demasiado fuerte (>25 m/s) se
produce una parada del aerogenerador.
Ventajas de estén tipo de energía: no se agota
y no contamina.
Inconvenientes de este tipo de energía: no es
continua; produce impacto acústico, visual o
paisajístico, edáfico, biológico.
Son aquellas en las que se aprovecha directamente la energía solar (térmica) del sol
para transformarla en energía eléctrica.
El aprovechamiento de la energía se lleva a cabo habitualmente a partir de las llamadas
placas solares, en las que se almacena energía. Es la única central eléctrica que no
necesita una turbina para generar electricidad.
En España la orientación adecuada para aprovechar en todo momento la mayor
cantidad de energía proveniente del sol es en dirección sur con una inclinación de unos
20º.
Página 7 | 10
El funcionamiento es el siguiente:



A recibir la radiación, los paneles solares generan una corriente eléctrica
continua.
Esta corriente pasa a un inversor dónde se transforma en corriente eléctrica
alterna.
En el centro de transformación se eleva la tensión y se inyecta a la red de
distribución.
En algunos casos se utilizan para obtener
energía a gran escala las centrales
heliotérmicas o parques solares.
Ventajas de este tipo de energía: no se agota
y no contamina ni su obtención ni su
aprovechamiento.
Inconvenientes de este tipo de energía: no es
continua; contamina la fabricación o una
posible rotura de las placas; produce impacto
visual o paisajístico, edáfico, biológico.
Se aprovecha la diferencia del nivel del mar (𝐸𝑝 = 𝑚𝑔ℎ) entre la marea alta y la marea
baja para generar energía eléctrica.
El mecanismo se basa en construir en el estuario de un río o en alguna bahía, un dique
provisto de esclusas (túneles u orificios) en las que se instalan los grupos turbinaalternador, que hacen que se produzca la energía de la siguiente forma:
 Durante la marea alta se permite la entrada
de agua del mar a través de las esclusas al
interior de la desembocadura del río. El agua
mueve las turbinas y los alternadores y se
genera energía eléctrica.
 Cuando baja la marea, el agua vuelve a
salir y acciona de nuevo las turbinas y los
alternadores, con lo que se obtiene otra vez
energía eléctrica.
Ventajas de este tipo de energía: no se agota
y no contamina.
Inconvenientes de este tipo de energía: no es continua; produce impacto visual o
paisajístico, edáfico, biológico, acústico.
Página 8 | 10
En la actualidad sólo hay una central maremotriz operativa en el mundo y es la del
estuario del río Rance, en Francia, debido al bajo rendimiento de estas.
1
Se aprovecha el movimiento de las olas (𝐸𝑐 = 2 𝑚𝑣 2 ) del mar para generar energía
eléctrica.
Este tipo de centrales todavía están en fase experimental y se están desarrollando
proyectos de investigación en Noruega.
Mismas ventajas e inconvenientes que las centrales maremotrices.
Se aprovecha el calor interno de la Tierra (energía térmica) para generar electricidad.
En la corteza terrestre la temperatura aumenta hasta 30ºC por cada kilómetro de
profundidad en la parte superior.
Este tipo de centrales sólo es factible en los llamados puntos calientes (zonas con
actividad volcánica o de origen volcánico), en los que la temperatura de la Tierra es
anómalamente alta. Por ejemplo, en Lanzarote a sólo 3 metros de profundidad la
temperatura es de alrededor de 400ºC.
La energía eléctrica se obtiene del modo siguiente:
 Se inyecta agua a presión por
unas canalizaciones situadas en
estos puntos calientes, que
inmediatamente se transforma
en vapor de agua.
 Este
vapor
de
agua
sobrecalentado es el que se
encarga de accionar el grupo
turbina-alternador para producir
energía eléctrica.
Ventajas de este tipo de energía: no se agota y no contamina.
Inconvenientes de este tipo de energía: no es continua; produce impacto visual o
paisajístico, edáfico, biológico, acústico.
Página 9 | 10
Este tipo de fuentes de energía no se pueden clasificar dentro de ninguno de los grupos
anteriores, puesto que no cumplen las condiciones, puesto que pueden ser infinitas
siempre que el ritmo de extracción no supere el de regeneración y son algo
contaminantes, aunque no tanto como las no renovables.
Se basan en el aprovechamiento de la energía calorífica de la materia orgánica para
transformarla en energía eléctrica.
La biomasa más antigua que se conoce es la quema de madera, pero en la actualidad
se puede utilizar como biomasa, la basura, los restos de rastrojos, de podas, se
elaboran distintos aceites y biocombustibles a partir de sustancias diversas como el
hueso de las aceitunas, frutas de deshecho, aceites usados, etc.
Ventajas de este tipo de energía son: su bajo coste de producción; los residuos son
mínimos y el agua caliente que se utiliza se puede aprovechar por las casas cercanas.
Inconvenientes de este tipo de energía: no se pueden transportar a otros lugares, no
es continua y la construcción de estas centrales provoca alteraciones en el medio
ambiente.
Página 10 | 10