Introducción de centrales eléctricas

INTRODUCCION
Los tipos de energía se pueden dividir en:
Primarias: energías intrínsecas de los recursos primarios de energía (petróleo, uranio, radiación
solar, viento, agua, biomasa) que no han sufrido ningún tipo de conversión o transformación
antropogénica
Secundarias: energías obtenidas (electricidad, nafta, hidrógeno, kerosene, carbón de leña, etc.) a
partir de las Energías Primarias, en centros de transformación (centrales eléctricas, destilerías, etc.).
Utiles: energías obtenidas para su consumo final (luz, calor, fuerza motriz, etc.) a partir de las
energías primarias o secundarias, usando ciertas tecnologías (lámparas, cocinas, motores, etc.)
También se las puede clasificar como:
Energías No Renovables: Energías provenientes de recursos almacenados en la corteza terrestre,
que presentan riesgo cierto de agotarse en un tiempo más o menos finito. Estos recursos son los
combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) y los combustibles nucleares. Abastecen la mayor
parte de la demanda de energía (≈ 80%).
Energías Renovables: Son aquellos flujos de energía que se están recargando continuamente
mediante ciclos naturales (energía solar, viento, agua, biomasa, etc.). Las fuentes de Energías
Renovables son aquellas que no presentan riesgo cierto de agotarse en un tiempo finito, no
disminuyen su potencia si se usan (p.e. el Sol).
Unidades de Energía
El mundo científico llegó a un acuerdo sobre un grupo de unidades: Sistema Internacional de
Unidades (SI). Usa tres unidades base: el metro[m],el segundo [s] y el kilogramo [kg]
La unidad de Energía es el Joule [J].
La unidad de Potencia es el [J/seg] o Watio [W].
Equivalencias de unidades de energía
Watt-hora 1 [Wh] ≡ 3,6 [kJ]
Caloría 1 [cal] ≡ 4,186 [J]
British Thermical Unit 1[BTU] ≡ 1055 [J] Tonelada equiv. de petróleo 1[tep] ≡ 41,88 [GJ]
Barril equiv. de petróleo 1[bep] ≡ 5,71 [GJ] Tonelada equiv. de carbón 1 [tec] ≡ 28 [GJ] (adopta.)
Metro cúbico de gas natural 1 [m3] ≈ 38 [MJ]
1 [barril] ≈ 160 [lt]
1 [HP] ≡ 746 [W]
TJ = Tera Joule ; Gcal = Giga calorías¸ MBtu = Mega British thermal unit¸ GWh = Giga Watt hora
Mtoe = Million tonnes of oil equivalent = Millón de toneladas equivalentes de petróleo
1 [cal] cantidad de energía necesaria para elevar de 14,5 a 15, 5 ºC la temperatura de 1gr de agua
pura a nivel del mar.
1 [Btu] es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1[ °F], 1 [libra] de agua.
1 [TEP] es la cantidad de calor producido cuando se “quema” 1 [tn] de petróleo.
Poder Calorífico (heating value o calorific value) [kcal/kg], [kcal/m3]: cantidad de energía que se
produce por unidad de material combustible, al producirse una reacción química de oxidación (no
entran entonces las reacciones nucleares).
La mayoría de los combustibles son compuestos de C e H, que al arder se combinan con el oxígeno
formando CO2 y H2O respectivamente. Para un buen funcionamiento de las calderas donde se
produce la combustión, era necesario que los gases quemados salieran por el conducto de humos a
una cierta temperatura mínima para generar el tiro térmico necesario para un buen funcionamiento.
Esta temperatura está por encima de los 100 ºC, por lo que el agua producida no se condensa y se
pierde el calor latente(1) por la chimenea, que para el agua es de 540 [kcal/kg agua], por lo que hubo
necesidad de definir un poder calorífico inferior (PCI, el calor realmente aprovechable que no usa la
energía de la condensación del agua) y superior (PCS, calor verdaderamente producido en la
reacción de combustión).
(1)
Calor Latente o “escondido” (no hay cambio de temperatura): energía requerida por una
cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a
gaseoso (calor de vaporización). Tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para
el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.
Calor Sensible (hay cambio de temperatura): calor que se aplica cuando la sustancia no cambia de
fase y aumenta la temperatura
Algunas características de los Componentes principales del Gas Natural
Intensidad energética: Indicador de la eficiencia energética de una economía. Se calcula como la
relación entre el consumo energético E y el producto bruto interno PIB de un país (medida
macroeconómica que expresa el valor monetario de la producción de bienes y servicios de
demanda final de un país durante un período determinado de tiempo):
IE = E/PBI [unidad de energía/unidad de dinero]
Conceptualmente significa: Cuantas unidades de energía se necesitan para producir 1 unidad de
riqueza.
IE alto: consume mucha energía para conseguir riqueza. Propio de países en vías de desarrollo.
IE bajo: consume poca energía para conseguir riqueza. Propio de países desarrollados (tecnologías
muy eficientes, mercados saturados).
El análisis de cómo evoluciona este índice IE, permite saber si hay mayor o menor eficiencia del
consumo energético en la actividad económica.
ESTADÍSTICAS EXTRAIDAS DEL IEA (International Energy Agency)
Evolución de la oferta de energía primaria mundial 1971-2010, por tipo de combustible
(en Mtep)
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2010 (Energía primaria=12717 Mtoe):
*Incluye solar, eólica, geotérmica, etc.
Evolución de la oferta de energía primaria mundial 1971-2010, por región geográfica [Mtep]
* Excluida China
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2010:
Evolución de la producción mundial de petróleo crudo 1971-2011, por región geográfica [Mt]
** Excluida China
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2011 (producción petróleo = 4011 Mt)
Producción, exportación e importación de petróleo por país
Evolución de la producción mundial de gas natural 1971-2011, por región geográfica [109 m3]
* Excluida China
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2011 (producción de gas = 3388 109 m3)
Producción, exportación e importación de gas natural por país
Evolución de la producción mundial de carbón 1971-2011, por región geográfica [Mt]
** Excluida China
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2011 (producción de carbón = 7783 Mt)
Producción, exportación e importación de carbón por país
Consumo final mundial de petróleo entre 1971 y 2010 por sector en [Mtoe].
En 2010 el total fue de 3570 Mtoe
Consumo final mundial de carbón entre 1971 y 2010 por sector en [Mtoe].
En 2010 el total fue de 853 Mtoe
Consumo final mundial de gas entre 1971 y 2010 por sector en [Mtoe].
En 2010 el total fue de 1318 Mtoe
Consumo final mundial de electricidad entre 1971 y 2010 por sector en [Mtoe].
En 2010 el total fue de 1536 Mtoe
Consumo de energía final: es la energía total consumida por los usuarios finales, como los
hogares, comercios, administración pública, servicios, industria, transporte, agricultura. Es la
energía que llega a la puerta del consumidor final y que excluye la que es usada por el propio sector
de energía, incluyendo las entregas y la transformación.
Evolución del Consumo de Energía Final mundial 1971-2010, por tipo de combustible [Mtoe]
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2010 (Consumo Energía Final=8677 Mtoe)
Evolución del Consumo de Energía Final mundial 1971-2010, por región [Mtoe]
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2010 (Consumo Energía Final=8677 Mtoe):
Participación de distintas fuentes de energía en el Consumo de Energía Final Global en el año 2011
(autor REN21)
Emisión mundial de CO2 entre 1971 y 2010, por tipo de combustible [Mt de CO2]
En 2010 el total fue de 30326 Mt de CO2
Emisión mundial de CO2 entre 1971 y 2010, por región [Mt de CO2]
Central Eléctrica: lugar y conjunto de instalaciones (incluidas las obras civiles) utilizadas directa o
indirectamente para la producción de energía eléctrica.
En una central eléctrica se transforma una energía primaria (energía contenida en un recurso fósil,
material nuclear, radiación solar, viento, salto hidráulico, etc.) en una energía secundaria
(electricidad).
Por ejemplo:
energía química del Gas Natural
energía térmica de un fluido
energía eléctrica en el generador eléctrico.
energía solar
energía mecánica en la turbina
energía eléctrica en la célula fotovoltaica
energía solar
energía eólica
eléctrica en el generador eléctrico
energía mecánica en las palas de la turbina eólica
energía
Las centrales se pueden dividir en 4 grandes grupos, según el tipo de energía primaria que usan:
I.- Térmico Convencional (Turbo vapor TV, Turbo gas TG, Ciclo Combinada CC, Diesel D).
II.- Nuclear (Central Nuclear CN)
III.- Hidroeléctrico (Central hidroeléctrica CH)
IV.- Nuevas Tecnologías que usan Energía Renovables (NTER) basadas en energía Fotovoltaica
FV, Eólica AG, Termosolar TS, Biomasa BM, Geotérmica GT, Minihidroeléctrica mH.
Los tres primeros grupos producen casi toda la energía eléctrica mundial (≈ 95%). Los sistemas
energéticos se continúan diseñando y construyendo fundamentalmente basados en los Recursos
Fósiles (carbón, petróleo y gas) que son No Renovables.
Las NTER que convierten la energía renovable en electricidad, comienzan a jugar un rol cada vez
mas importante en los sistemas energéticos.
Las Centrales convencionales presentan como características que son grandes y están concentradas
(centralizadas)
Las Centrales que aprovechan las energías renovables ocupan una mayor área (debido a la baja
densidad energética del recurso renovable):
Diagrama simplificado del flujo eléctrico, usado para realizar el balance energético
Evolución de la producción mundial de energía eléctrica 1971-2010, por tipo de fuente
energética [TWh]
** Incluye solar, eólica, termosolar, biocombustibles, etc.
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2010 (producción = 21500 TWh)
Producción termoeléctrica por país y tipo de combustible fósil
Evolución de la producción mundial de energía eléctrica 1971-2010, por región [TWh]
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2010 (producción mundial = 21500 TWh)
En Argentina fue del orden de 115 TWh.
Países Productores, Exportadores e Importadores de electricidad
Evolución de la producción mundial de energía eléctrica producida por centrales
hidroeléctricas 1971-2010, por región geográfica [TWh]
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2010 (producción = 3516 TWh)
Producción, capacidad instalada y países con la mayor generación hidro en su matriz
Evolución de la producción mundial de energía eléctrica producida por centrales nucleares
1971-2010, por región geográfica [TWh]
Se analiza de este gráfico lo que pasa en el año 2010 (producción = 2756 TWh)
Producción, capacidad instalada y países con la mayor generación nuclear en su matriz