Generación, transporte y consumo de la energía eléctrica

Por Noelia e Irene

Definición La energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el

interior de los materiales conductores. Esta energía produce tres efectos: luminoso, térmico y magnético. Ejemplo: es transportada por la energía eléctrica en nuestras casas y se manifiesta al encender una bombilla.

Las centrales de generación Las centrales de generación son instalaciones capaces de obtener energía final, la electricidad, a partir de diferentes

tipos de fuentes de energía primaria. Tradicionalmente, este tipo de centrales generan la electricidad a partir de energías no renovables, como el carbón, el gasóleo, o el gas natural. Con el avance de las tecnologías y la aparición de una mayor preocupación por el desarrollo sostenible surgieron otro tipo de centrales de generación basadas en energías renovables.

Los tipos de centrales están directamente relacionados con la energía primaria que utilizan para generar la electricidad. Así, podemos distinguir entre centrales de ciclo combinad, que emplean gas natural o los parques eólicos, que aprovechan el viento para generar electricidad. Estos son solo dos ejemplos, pero los tipos son tan abundantes como tipos de energía primaria existen: carbón, gas natural, gasóleo, radiación solar, viento, mareas, biomasa, etc.

Generación• Central Nuclear Es un tipo de central en la que el agua se calienta a alta presión mediante el calor liberado en la

fisión nuclear. Ese vapor a presión, moverá una turbina conectada a un generador eléctrico. Una central nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a

partir de energía nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o varios reactores, que son contenedores en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas de minerales con algún elemento físil o fértil, usualmente uranio, y en algunos combustibles también plutonio, generando a partir de la activación del uranio.

La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica, residuos nucleares muy radiactivos, aunque no produce contaminación atmosférica ni precisa el empleo de combustibles fósiles para su operación

• Central GeotérmicaEmplea el calor del interior de la tierra para calentar agua a alta temperatura y presión, la cual se encarga de mover una serie de turbinas conectadas a un generador. Estas centrales se instalan en zonas donde el suelo alcanza altas temperaturas a bajas profundidades.La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento de calor del interior de la tierra. El calor del interior de la tierra se debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Se obtiene energía geotérmica por extracción del calor interno de la tierra. En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad se perfora por fracturas naturales de las rocas basales o dentro de rocas sedimentarias. El agua caliente o el calas puede fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de agua y de vapor. El método a elegir depende de que en cada caso sea económicamente rentable.

Generación• Central HidráulicaUna central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial

del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores.

La potencia: función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador

La energía: esta debe estar garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.

Posee problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalse en los que acumular el agua.

• Central EólicaLa energía eólica es la que se obtiene del viento, es decir, de la energía cinética generada por el efecto de las corriente de aire o de las

vibraciones que el dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para molear el grano, bombear agua u otras tareas que requieran una energía. En la actualidad se utilizan aerogeneradores para generan electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas. La energías del viento está relacionada con el movimiento de las masas del aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosféricas hacia áreas adyacentes de baja presión con velocidades proporcionales al gradiente depresión

Generación• Central Fotovoltaica La energía solar fotovoltaica es la obtención de energía eléctrica a través de

paneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o conectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo, que al recibir radiación solar se excitan y provocan saltos electrónicos, generando un pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serio de varios de estos diodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se pueden transforman en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica.Los principales problemas de este tipo d energía son su elevado coste en comparación con los otros métodos, la

necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos, o su dependencia con las condiciones climatologiítas.

Central Termoeléctrica Una central termoeléctrica es una instalación empelada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural, carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear. En su forma mas clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un condensador donde circulas por tubos agua fría de un

caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.

Generación

• Central de carbón, gasóleo y gas naturalEste tipo de centrales obtiene la electricidad mediante la combustión de combustibles fósiles. El calor generado

calienta agua a alta presión que mueve una turbina que esta conectada a un generador eléctrico donde se obtiene la electricidad

Central maremotriz y undimotrizEstas instalaciones están todavía en investigación para mejorar su eficiencia, aunque existen ya unas situadas en

algunos océanos con grandes mares como el océano atlántico. El funcionamiento se basa en utilizar las corrientes de las mareas para movilizar una turbina conectada a un generador.

Parque undimotriz: esta central aún todavía en fase de desarrollo muy temprana, genera la electricidad, utilizando el movimiento de las olas del mar para mover las turbinas.

Transporte1. Generación: la energía eléctrica se genera en las centrales eléctricas. Como la electricidad no puede ser almacenada en

cantidades importantes (sí amplias y baterías pero no a nivel de consumo industrial), debe consumirse en el momento en el que se produce, lo que obliga a disponer de capacidades de producción con potencias elevadas para hacer frente a las puntas que consumo y además disponer de medios que permitan flexibilizar la producción para adaptarse ala demanda.

2. Subestaciones: Son plantas transformadoras que se encuentran junto alas centrales generadoras, enlazada entre ellas por la Red De Trasporte. En las primeras, las cercanas a los centros de producción la tensión se eleva (superiores a los 220 KV) para minimizar las perdida de energía, en las segundas, en las situadas cerca de los putos de consumo, en volt6aje se reduce cerca de sus niveles de utilización.

3. Transporte: La red de transporte es la encargada de enlazar las centrales con los putos de consumo de energía eléctrica. Es necesario que las líneas de transporte estén interconectadas entre sí con estructuras de forma mallada, de manera que puedan transportar electricidad entre puntos muy alejados.

4. Distribución: Estas líneas, realizadas a distintas tensiones, y las instalaciones en que se producen la tensión hasta valores de media tensión, mas cercanos a los de consumo, constituyen la red de distribución que pueden ser, aéreas o subterránea.

5. Centros de transformación: los centros de transformación, dotados de transformadores o auto transformadores alimentados por las líneas de distribución de media tensión /(entre 1KV y 36KV), son los encargados de realizar la última transformación, efectuando el paso de las tensiones de distribución a la tensión de utilización.

6. Instalación de enlace: el punto que une las redes de distribución con las instalaciones interiores de los clientes se denomina instalación de enlace.

Transporte

La Red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituidas por los elementos necesarios para llevar la energía generada en las centrales hidroeléctricas, térmicas, de ciclo combinado o nucleares a través de grandes distancias hasta los puntos de consumo.

Para ello, los volúmenes de energía eléctrica producidos deben ser transformados elevándose su nivel de tensión. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar el voltaje se reduce la corriente que circulará, reduciéndose las pérdidas por efecto Joule. Con este fin se emplean subestaciones elevadoras en que dicha transformación se efectúa empleando transformadores.

De esta manera, una red de transmisión emplea usualmente voltajes del orden de 220KV y superiores denominados alta tensión.

Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es básicamente el medio físico mediante el cual se realiza dicha transmisión de energía eléctrica a grandes distancias. Está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de cobre u aluminio, como sus elementos de sustentación, las torres de alta tensión. Como estás son estructuras echas de perfiles de acero, entre ambos, como medio de suportación del conductor se emplean aisladores de disco y herrajes

Transporte

La red de trasporte está compuesta por más de 42.000 kilómetros de líneas de alta tensión, más de 5.000 posiciones de subestaciones y más de 80.000 MVA de capacidad de transformación. Estos activos configuran una red mallada, fiable y segura, que ofrece unos índices de calidad de servicio de máximo nivel al sistema eléctrico nacional.

En una instalación normal los generadores de la central eléctrica suministra voltajes entre 22000 y 26000 voltios, que s elevan mediante transformadores situados en la misma central a tensiones entre 138000 y 700000 voltios, para que al trasportar la corriente la perdida de energía sea minima, según la ley de Joule.

En la subestación reducimos el voltaje a valores que oscilan entre los 66000 a los 138000 voltios para que la corriente pueda ser transferida alas líneas de distribución o líneas de baja tensión. Esta corriente será trasformada de nuevo a una tensión menor dependiendo de la demanda de cada consumidor, ya sea industrial, comercial o domestica. Normalmente las viviendas reciben una tensión entre 220 y 240 voltios, aunque todavía en algunos casos se mantienen instalaciones que requieren una tensión entre 110 y 125 voltios.

Las líneas de conducción se pueden distinguir en líneas de transporte y alta tensión y líneas de distribución o baja tensión. Las primeras se caracterizan en su aspecto por el tamaño de las torres, grandes estructuras metálicas, los grandes tramos de cables conductores, normalmente de cobre, aluminio o acero, sucesión de platos de porcelana y que actúan como aislantes y la existencia de un cable más fino en la parte superior que es la línea de tierra. Actualmente, las líneas de alta tensión constan por lo menos de 4 torres por cada kilómetro lo que ha abaratado el trasporte de la electricidad. Las líneas de distribución constan de una seria de equipos suplementarios que protegen la instalación de una posible sobre carga por cortacircuito mediante diferenciales o fusibles, que actúan en caso de que la corriente aumenten de intensidad por encima de un valor determinado.

ConsumoEl aumento ene l consumo de electricidad ha ido asociado al desarrollo social experimentado a a partir de la segunda

mitad del siglo XIX. También el ámbito doméstico e consumo de la electricidad ha ido aumentando progresiva mente durante el siglo XX al incrementarse el numero de electrodomésticos en el hogar, y en generalizarse el uso de sistemas de calefacción y refrigeración.

En el mundo, esta evolución no ha sido igual para todos los países del mundo, sino que se ha centrado básicamente en los países desarrollados. De acuerdo con el congreso mundial de la energía, un tercio de la población mundial no tiene acceso a ninguna forma de energía co9mercial, mientras que un 20% de la población consume el 80% de producción energética global.

Esto nos lleva a relacionar el nivel de desarrollo de los distintos países con la demanda de energía. Un país que se encuentra en una fase de desarrollo bajo se caracteriza fundamentalmente por el predominio de las actividades primarias; agricultura, ganadería, pesca y artesanía, por lo que el consumo energético es muy bajo.

Cuando comienza el proceso de crecimiento económico, la industria empieza a cobrar importancia al igual que el transporte, los trabajos se mecanizan y el incremento económico conlleva un estado de bienestar y supone una mayor demanda de electricidad en el hogar; iluminación, electrodomésticos, vehículos familiares, etc.

Consumo• Red eléctrica representa en los siguientes grafico la demanda de energía que se esta producción en el sistema

eléctrico peninsular en tiempo real.• Junto a las curvas, se presenta información de las distintas tecnologías de producción o componentes de

generación necesarios para cubrir la demanda, incluyendo la energía destinada a ala exportación y a los consumos en bombeo.

• Así mismo se muestra las emisores de co2 asociadas al parque de generación peninsular español, que representa al torno al 29% de las emisores totales.

• La demanda real: (curva amarilla) refleja el valor instantáneo de la demanda de energía eléctrica.• La previsión de la demanda: (curva verde) es la elaborada por Red Eléctrica con los valores de consumo en

periodos procedentes similares, corrigiéndola con una seri< de factores que influyen en el consumo como laboralidad, climatología y actividad económica.

• La programación oraría operativa: (línea escalonada roja) es la producción programada para los grupo de generación a los que se haya adjudicado el suministro de energía en la casación de los mercados diarios e intradiario, así como los mercados de gestión de desvíos y regulación terciaria. Estos dos últimos son gestionados por Red Eléctrica teniendo en cuenta la evolución de la demanda.

Circuito eléctrico