lOMoARcPSD|31201625 Clase 2 Tipos de generación Electricidad 1 (Universidad Tecnológica de Chile) Studocu no está patrocinado ni avalado por ningún colegio o universidad. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA Electricidad Aplicada 1 Generación eléctrica en Chile Docente: Anjel Cena Aravena Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Criterios de Evaluación Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Formas de ondas sinusoidales alternas Introducción: En Electricidad Aplicada I, se realizarán análisis de circuitos en Corriente Continua. En las cuales las corrientes o voltajes son de magnitud fija. Mientras que en Electricidad Aplicada II, se harán los mismos análisis, pero las magnitudes variarán en el tiempo de una manera establecida. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Algunos ejemplos de generación: Plantas de generación: Generadores portátiles: Parque de generación eólica: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Algunos ejemplos de generación: Energía fotovoltaica: Generadores de señales: Biomasa: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Energía Hidroeléctrica: Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 ¿Cómo funciona la energía hidroeléctrica? La hidroelectricidad es impulsada por el agua, una fuente limpia, lo que significa que no emite contaminantes al aire como otras fuentes que queman combustibles generando emisiones. Es una fuente energía local, evitando la dependencia de fuentes de energía importada. La energía generada por la hidroelectricidad depende del ciclo del agua, que es impulsado por el sol, haciéndola una fuente de energía renovable. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 ¿Cómo funciona la energía Hidroeléctrica? La hidroelectricidad con regulación es de respuesta muy rápida y flexible, por lo que son un complemento ideal para energías intermitentes como la solar o eólica, siendo un respaldo fundamental que permite una mayor incorporación de estas otras fuentes renovables a la red, otorgando seguridad al suministro. En Chile a diciembre de 2019 existen 6.679 MW de capacidad instalada hidroeléctrica, alcanzando cerca de un 28% de la capacidad instalada total. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 ¿Cuánta energía produce una central hidroeléctrica? La centrales hidráulicas pueden llegar a máxima potencia de manera muy rápida. Al poder entregar energía de manera rápida a la red, otorgan respaldo esencial durante cortes de energía o catástrofes. Además de ser una fuente de energía sostenible, la hidroelectricidad produce múltiples beneficios como el control de crecidas, reserva para riego y agua potable y mucho más. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Centrales Hidroeléctricas Centrales de Embalse Instalación que utiliza un embalse para almacenar el agua y luego liberarla para producir electricidad según requerimientos del sistema. Este tipo de central hidroeléctrica puede generar electricidad para satisfacer demanda de energía base así como también apagarse o prenderse para ajustarse a variaciones en la demanda. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Centrales Hidroeléctricas Centrales de Pasada Instalación que utiliza el flujo del agua a través de un río o canal. Este tipo de centrales proporcionan un suministro continuo de electricidad para demanda de energía base y no puede almacenar reservas para ajustar generación a la demanda. El agua captada en la bocatoma es conducida a la casa de máquinas a través de una tubería forzada o de un conjunto canal – tubería forzada, donde se genera la energía eléctrica. Posteriormente el agua es devuelta al río, quedando disponible para todo tipo de usos, ya que no se realizan modificaciones químicas ni físicas. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Centrales Hidroeléctricas Centrales de Bombeo (Pumped Storage) Instalación que además de producir energía eléctrica a partir de la energía potencial, puede realizarlo de manera inversa. Cuando la demanda es alta el agua es liberada y se genera electricidad, mientras que cuando la demanda es baja el agua se bombea a un compartimiento superior para luego liberarla de acuerdo a requerimientos de la demanda. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Centrales Hidroeléctricas que son parte de generadoras de Chile Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Energía Solar Las centrales solares son instalaciones destinadas a aprovechar la radiación del Sol para generar energía eléctrica Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 ¿Cómo funciona la energía solar? La energía solar es una energía renovable que utiliza la radiación electromagnética proveniente del sol. La cantidad de energía solar que incide por unidad de área y tiempo (kWh / m2 al día) corresponde al principal criterio para seleccionar el lugar de ubicación de una planta solar. La zona norte de Chile posee la mayor incidencia solar del mundo, principalmente en el desierto de Atacama y zonas próximas. En Chile a diciembre de 2019 existen 2.654 MW de instalaciones solares, logrando una penetración del 11% en el sistema. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Centrales Solares Centrales Termosolar En la central termosolar se consigue la generación eléctrica a partir del calentamiento de un fluido con el cual, mediante un ciclo termodinámico convencional, se consigue mover un alternador gracias al vapor generado ACA1 de él. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Diapositiva 18 ACA1 Planta Termosolar en cerro Dominador Maria Elena, Chile Anjel Cena Aravena; 04-03-2020 Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Centrales Solares Centrales Fotovoltaica Generación de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos que captan la energía luminosa del sol para transformarla en energía eléctrica. Para conseguir la transformación se emplean células fotovoltaicas fabricadas con materiales semiconductores. En el mercado se han desarrollado diversas tecnologías, siendo la tecnología de silicio policristalino la predominante. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Centrales Solares que son parte de generadoras de Chile Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Central Solar Fotovoltaica: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Energía Eólicas ¿Cómo funciona la energía eólica? La energía eólica es una fuente de energía renovable que utiliza la fuerza del viento para generar electricidad. El principal medio para obtenerla son los aerogeneradores, “molinos de viento” de tamaño variable que transforman con sus aspas la energía cinética del viento en energía mecánica. La energía del viento puede obtenerse instalando los aerogeneradores tanto en suelo firme como en el suelo marino. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Centrales Eólicas ¿Cuánta energía produce una central eólica? El potencial eólico se calcula en función de la distribución de la velocidad del viento. Los aerogeneradores situados en sitios donde las medias de velocidad del viento son de 8 metros por segundo, en la altura del eje del rotor producen entre el 75% y el 100% más de electricidad que aquellas donde el viento sopla a una media de 6 metros por segundo. Un aerogenerador de 1,8 MW situado a un buen emplazamiento produce más de 4,7 millones de kWh (unidades de energía eléctrica) cada año. Esto es suficiente para satisfacer las necesidades de más de 1.500 hogares. En Chile a diciembre de 2019 existen 1.620 MW de instalaciones de energía eólica, logrando una penetración del 6,7% en el sistema. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Aerogeneradores Aerogeneradores de Eje Vertical Tipo de central utilizado de manera poco frecuente, cuyas turbinas tienen un eje de rotación que se encuentra en posición perpendicular al suelo. Dependiendo de la forma de la turbina esta se clasifica en: Darrieus (2 o 3 arcos), Panemonas (4 o más semicírculos) o Sabonius (2 o más filas de semicilindros). Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Aerogeneradores Aerogeneradores de Eje horizontal Tipo de central más popular, cuyas turbinas tienen un eje de rotación que se encuentra en posición paralela al suelo. Estas turbinas cuentan usualmente con tres aspas y los sistemas más altos tienen una altura cercana a la de un edificio de 20 pisos. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Centrales Eólicas que son parte de generadoras de Chile Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Aerogenerador Eólico: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Energía Térmicas ¿Cómo funciona la energía térmica? En las centrales térmicas convencionales (o termoeléctricas convencionales) se produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fueloil o gas natural, mediante un ciclo termodinámico de agua-vapor. El término ‘convencionales’ sirve para diferenciarlas de otras centrales térmicas, como las nucleares o las de ciclo combinado. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Centrales Térmicas Centrales de carbón Donde el combustible debe ser triturado previamente Centrales de fueloil Donde el combustible se calienta para una utilización más fácil Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de Centrales Térmicas Centrales de gas natural Que no precisa almacenaje, llegando así directamente por gaseoductos. Centrales mixtas Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo necesarios los tratamientos previos anteriormente citados. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Centrales Térmicas ¿Cómo opera una central térmica? El combustible quemado en la caldera calienta agua y la transforma en vapor a una presión muy elevada, haciendo girar una turbina y un alternador para producir electricidad. El vapor que sale de la turbina se envía a un elemento llamado condensador para convertirlo en agua y así retornarlo a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor. En Chile a diciembre de 2019 existen 12.534 MW de instalaciones eléctricas con tecnología a carbón, petróleo diesel y gas natural, logrando una penetración del 52% en el sistema. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Centrales Termoeléctricas que son parte de Generadoras de Chile Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Central Térmica: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Central Eléctrica de Ciclo Combinado: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Central Nuclear: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 ¿Cuáles son las otras formas de energía para producir electricidad? La investigación de la industria en obtener más y mejores fuentes de energía ha permitido existan maneras alternativas de producir electricidad, aprovechando mejor los recursos ya existen y tratando de reutilizar otros subproductos de procesos. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Bioenergía Existen 2 tipos de proyectos en Chile, Biomasa/Biogas La bioenergía proviene en última instancia del sol. En el caso de la biomasa, los vegetales absorben y almacenan una parte de la energía solar que llega a la tierra y a los animales en forma de alimento y energía. Cuando la materia orgánica almacena la energía solar, también crea subproductos que no sirven para los animales ni para fabricar alimentos pero sí para hacer energía de ellos. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Centrales Bioenergía que son parte de Generadoras de Chile En Chile a diciembre de 2019 existen 502 MW provenientes de tecnología bioenergía, logrando una penetración del 2% de la capacidad instalada del sistema. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Central Eléctrica de Biomasa: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Geotérmica De entre las energías renovables, la geotérmica es una de las que menos se conoce en nuestro país. Sin embargo, es también una de las que posee el mayor potencial de desarrollo. El principio básico de una central geotérmica es usar el calor de las profundidades de la tierra para generar energía a través de vapor a altas presiones que mueve una turbina o sistema integrado. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Central Geotérmica Como opera una Central Geotérmica Fuente de energía renovable que utiliza el calor de las profundidades de la tierra para generar energía. Las plantas geotérmicas requieren altas temperaturas (150°C a 370°C) proveniente de recursos hidrotérmicos (vapor y agua). Las centrales geotérmica, al no ser afectadas por variaciones climáticas, producen energía constante con un factor de capacidad entre el 60% y 90%. Chile al formar parte del cinturón de Fuego del Pacífico contiene un gran potencial geotérmico estimado en 2.000 MW en el norte grande y 1.350 MW en la zona central. Durante 2017 se inauguró la primera planta geotérmica de América del Sur con un total de 48 MW. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tipos de centrales Geotérmicas Las centrales de geotérmica se clasifican en tres tipos: Plantas de vapor flash: toman agua caliente a alta presión de profundidades de la tierra y la convierten a vapor para impulsar las turbinas del generador. Cuando el vapor se enfría, se condensa el agua y se devuelve al pozo para volver a utilizarse. Plantas de vapor seco: utilizan vapor seco para encender turbinas y generar electricidad a través del generador. Plantas de ciclo binario: transfieren el calor de agua caliente a otro líquido, el cual se evapora para activar un generador eléctrico. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Funcionamiento de una Central Eléctrica Geotérmica: Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Almacenamiento Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Almacenamiento Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Almacenamiento Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Hidrogeno Verde Hidrógeno verde es el nombre que se le da al hidrógeno que ha sido generado a partir de fuentes y energías renovables. Este sirve como combustible, y al ser utilizado, no genera CO2, el gas de efecto invernadero que emiten al quemarse la mayoría de los combustibles fósiles, ya que no contiene carbono en su interior. En su lugar, el consumo de la energía del hidrógeno simplemente genera otro compuesto conocido: agua. No es una fuente de energía en sí, sino un elemento que puede servir para almacenar, transportar y distribuir energía; un “vector energético”. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Hidrogeno Verde Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Fundamentos básicos del hidrógeno El hidrógeno es el elemento más liviano y abundante del universo, pero no puede ser encontrado en el planeta en estado puro, sino que unido a otros compuestos, como el agua (unión molécula de hidrógeno y oxígeno), hidrocarburos y compuestos orgánicos (uniones de hidrógeno y carbono), etc. Dependiendo de la forma en que se obtenga, al hidrógeno se le nombra con distintos colores Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Fundamentos básicos del hidrógeno Gris, cuando se extrae de combustibles fósiles como el carbón, petróleo o gas. Azul, se le denomina cuando el hidrógeno es producido con bajas emisiones de carbono, como cuando se realiza el mismo proceso que el del gris, pero se usa tecnología de captura o aprovechamiento de las emisiones Verde, cuando se obtiene utilizando energías renovables y produciendo cero emisiones, generalmente separando moléculas de agua. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Almacenamiento Líquido Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Almacenamiento Gaseoso Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tecnologías de producción de H2 verde La mayor parte del hidrógeno verde se produce separando las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno, mediante un proceso denominado electrólisis. Este consiste en hacer circular corriente eléctrica por agua, para separar sus moléculas en hidrógeno y oxígeno. Los principales métodos de electrólisis comerciales hoy en día son: - Alcalino - PEM Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Tecnologías de producción de H2 verde ALCALINO, Utiliza 2 electrodos en una solución alcalina (típicamente hidróxido de potasio), separados por una membrana que deja pasar iones hidroxilos (OH-) cuando se le aplica corriente, y evita la mezcla del oxígeno con el hidrógeno que resulta. Funciona mejor para plantas de generación grandes y de corriente estable. Es la tecnología más madura, extendida y la de menor costo. PEM, Considerados como la opción más prometedora a futuro, utiliza una membrana sólida de intercambio de protones (H+). Funciona bien para plantas de energía más pequeñas y con alta variabilidad. Posee altas densidades de corriente, produce un hidrógeno más puro y evita utilizar electrolitos líquidos. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Energía contenida en distintos combustibles Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Hidrogeno Verde Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Mercado Eléctrico en Chile El mercado eléctrico en Chile, desde el lado de la oferta de energía, está compuesto por tres sectores cuyas actividades hacen posible la disposición de la energía eléctrica en los distintos puntos del mercado (la interconexión física de los componentes de cada uno de estos sectores se denomina sistema eléctrico): Generación, sector que tiene como función el de producir la energía eléctrica a través de distintas tecnologías (hidroeléctrica, termoeléctrica, eólica, solar, y otras). Transmisión, su función es la de transmitir, en niveles altos de voltaje, la energía producida a todos los puntos del sistema eléctrico. Distribución, sector encargado de llevar, en niveles de voltaje más reducidos que los de Transmisión, la energía desde un cierto punto del sistema eléctrico a los consumidores regulados que este sector atiende. Estas actividades son desarrolladas por completo por empresas privadas, las que realizan las inversiones necesarias dentro de la normativa específica que rige para cada uno de estos sectores. Así, los sectores Transmisión y Distribución se desarrollan dentro de un esquema de sectores regulados, por la característica de monopolio que tienen ambos sectores, mientras que Generación lo hace bajo reglas de libre competencia. Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Magnitud de Energías Generadas por Diversas Fuentes en Chile Existen a 2016 cuatro sistemas eléctricos en el territorio nacional: • Sistema Interconectado del Norte Grande (SING): Al 31 de diciembre de 2014 posee una capacidad instalada de generación de 4.970 MW; durante el 2014 se produjeron 17.674 GWh de energía eléctrica; desde este sistema se abastece al 6,3% de la población chilena. • Sistema Interconectado Central (SIC): Al 31 de diciembre de 2014 posee una capacidad instalada de generación de 15.179 MW; durante el 2014 se produjeron 52.265 GWh de energía eléctrica; desde este sistema se abastece al 92,2% de la población chilena. • Sistema de Aysén: Al 31 de diciembre de 2014 posee una capacidad instalada de generación de 44 MW; durante el 2014 se produjeron 136 GWh de energía eléctrica; desde este sistema se abastece al 0,6% de la población chilena. • Sistema de Magallanes: Al 31 de diciembre de 2014 posee una capacidad instalada de generación de 105 MW; durante el 2014 se produjeron 297 GWh de energía eléctrica; desde este sistema se abastece al 0,9% de la población chilena. • Por su tamaño y número de participantes (en el SIC operan más de 130 empresas de generación, y en el SING son más de 10), tanto el SIC como el SING operan coordinadamente a través de su respectivo Centro de Despacho Económico de Carga (CDEC). Fuente: generadoras.cl Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com) lOMoARcPSD|31201625 Magnitud de Energías Generadas por Diversas Fuentes en Chile Al 31 de diciembre de 2014, el Sistema Interconectado Central (SIC) posee una potencia instalada de generación de 15.179 MW, de los cuales un 52,5% corresponde a centrales termoeléctricas, un 41,9% a centrales hidroeléctricas, un 4,3% a centrales eólicas y un 1,3% a centrales solares. Por otro lado, y a la misma fecha, el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) posee una potencia instalada de generación de 4.970 MW, de los cuales un 95,6% corresponde a centrales termoeléctricas, un 0,2% a centrales hidroeléctricas, un 1,9% a centrales eólicas, y un 1,9% a centrales solares. En conjunto ambos sistemas eléctricos poseen una capacidad total de generación de 20.149 MW, lo que corresponde a más del 99% de la capacidad instalada en todo el país (sistemas medianos como Aysén y Magallanes, y otros sistemas aislados, representan menos del 1% de la capacidad de generación total instalada del país). Fuente: generadoras.cl Descargado por luis torres (xicotorres28@gmail.com)
