Conceptos de Generacion ENERGIA ELECTRICA

7/25/2019 Conceptos de Generacion ENERGIA ELECTRICA

1/37

Generacin Conceptos

JR ARTERO JUNIO 2016


2/37

CONCEPTOS DE GENERACION DE

ENERGIA



3/37


ENERGIA



4/37


ENERGIA

INTRODUCCIN A LAS CENTRALES ELCTRICAS

CENTRALES ELCTRICAS"Lugar y conjunto de instalaciones,

incluidas las construcciones de obra civil y

edificios necesarios, utilizados directa eindirectamente para la produccin deenerga elctrica"

Es una instalacin de produccin de

energa elctrica que comprende los

grupos generadores, la aparamenta

asociada y la parte de las obras en las queest instalada



5/37

CONCEPTOS DE GENERACION DE ENERGIA

CLASIFICACIONES DE LAS CENTRALES ELCTRICAS

La primera clasificacin ser segn la funcin que desempea dentro del sistema de

energa elctrica.

o Central de base o centrales principales:

Suministran la mayor parte de la energa elctrica de forma continua, es decir, sin

interrupciones de funcionamiento, sometidas a variaciones de carga muy limitadas,haciendo las paradas imprescindibles para las operaciones de mantenimiento. Tales

caractersticas, suelen ser cubiertas por centrales del tipo nuclear, trmica y en algunos

casos hidrulicas de agua fluyente.

o Centrales de punta:

Trabajan en paralelo con las centrales de base y cubren las horas de mayor consumo,

(horas punta de demanda). Han de ser instalaciones de respuesta muy rpida, tanto en

lo referente a la puesta en marcha como a la regulacin de sus elementos. Por tales

razones tcnicas, suelen ser centrales del tipo hidrulico con embalse para su regulacin

y de ciclo combinado o con turbinas de gas.

o Centrales de reserva:

Sirven para sustituir total o parcialmente a las centrales de base, bien por falta de

materia prima, bien por fallos o averas. No se deben confundir con las centrales de

punta, pues el trabajo de las de reserva no es peridico sino ocasionalSuelen utilizarsepara esta finalidad las del tipo trmica de carbn (turbinas de vapor) o grupos diesel.



6/37


Centrales de socorro o de emergencia:Tienen la misma finalidad que las anteriores. En este caso se trata de pequeas centrales autnomasque pueden ser transportadas fcilmente (presentan movilidad), a los lugares donde se requiere suasistencia. Tienen rapidez de respuesta. Generalmente son grupos diesel.o Centrales de acumulacin o de bombeo:

Son centrales hidroelctricas que pueden aprovechar sus instalaciones, en momentos de pocademanda y coste elctrico reducido, para recuperar el agua, utilizada anteriormente para lageneracin de electricidad, devolvindola al embalse situado aguas arriba.

Una segunda clasificacin ser segn el tipo de mando y control:

o Manual.o Semi-automtica.

o Automticas.

Y una tercera clasificacin segn el tipo de energa primaria (carbn, agua, viento, etc.) que se utilice,dentro de las cuales se comentarn algunas variedades en sus procesos.La produccin de electricidad se producir en unas maquinas elctricas denominadas generadores.Existen generadores sncronos y asncronos, habitualmente para estos usos se utilizan los sncronos.



7/37


MEDICIN DE LA ENERGA

La energa tiene las mismas unidades que la magnitud trabajo. En el Sistema

Internacional de Unidades (SI), la unidad de trabajo y de energa es el julio (J),definido como el trabajo realizado por la fuerza de 1 newton cuando desplaza

su punto de aplicacin 1 metro.

Para la energa elctrica se emplea como unidad el kilovatio-hora (kWh)definido como el trabajo realizado durante 1 hora por una mquina que tieneuna potencia de 1 kilovatio (kW).

Para poder evaluar la denominada "calidad energtica de las distintas fuentes

de energa se establecen unas unidades basadas en el poder calorfico decada una de ellas.

Las ms utilizadas en el sector energtico son: kilocaloras por kilogramo de

combustible (Kcal/Kg); tonelada equivalente de carbn (tec); y toneladaequivalente de petrleo (tep).



8/37


Sus definiciones son:

- Kcal/kg aplicada a un combustible, nos indica el nmero de kilocaloras que

obtendramos en la combustin de un kilogramo de ese combustible.

- Tonelada equivalente de carbn (tec). Representa la energa liberada por la combustin

de una tonelada de carbn tipo (hulla).

Tonelada equivalente de petrleo (tep). Equivale a la energa liberada en la combustin

de una tonelada de crudo de petrleo.



9/37


POTENCIA Y SU MEDIDA

La potencia de un sistema es el trabajo realizado en la unidad de tiempo. Su unidad en

el Sistema Internacional (SI) es el vatio, definido como la potencia de una mquina que

realiza el trabajo de 1 julio en el tiempo de 1 segundo (su smbolo es W).

El kilovatio hora (kWh) se usa para medir la energa producida o

consumida por una instalacin y el kilovatio (kW), para medir la potencia o

capacidad.

El kWh es, por tanto, la energa producida o consumida por unainstalacin de potencia 1 kW, trabajando durante una hora



10/37


Formacion de lluvia acida

Entre los aos 1960 y 1970 se observaron fuertes indicios de daos poracidificacin en ecosistemas de ros y lagos del Norte de Europa, por lo que se dio

importancia a este tipo de contaminante y se introdujeron polticas y actuaciones

tendentes a la prevencin y control de este fenmeno, que condujeron al

establecimiento de unos estrictos lmites de emisin en las instalaciones decombustin que emiten contaminantes acidificantes vigentes en la actualidad.



11/37


EFECTO INVERNADERO Y CAMBIO CLIMTICO

El llamado efecto invernadero es un fenmeno natural que permite a los seres

vivos la vida en el Planeta al mantener la temperatura en la superficie terrestre,reflejando parte de la radiacin solar y devolviendo parte de la energa,

reteniendo solamente la necesaria. Esta reflexin se produce por la existencia

de una capa de gases de efecto invernadero que permite mantener el equilibriotrmico. Parte de las radiaciones se reflejan en la parte exterior de la capa de

gases y parte la atraviesan, siendo estas ltimas reflejadas, en parte, por lapropia superficie terrestre y devueltas al espacio.

Aunque el clima mundial siempre ha evolucionado de forma natural, los

cientficos creen que esa capa de gases que envuelve el planeta presenta una

concentracin superior a los umbrales que se consideran naturales.



12/37




13/37




14/37


ENERGIA



15/37


Cuanto mayor es la concentracin de CO2en la atmsfera, mayor serla energa que se refleja, en la parte interna de la capa, en relacin a laque se devuelve al espacio, con lo que aumenta la temperatura de laTierra provocando cambios en el clima que no responden a pautasnaturales.

La produccin de electricidad, al quemar combustibles como petrleo,

carbn gas, que contienen carbono, est aadiendo un exceso degases de efecto invernadero a la atmsfera. Las concentraciones deCO2en la atmsfera a lo largo de los ltimos 200 aos han aumentadoen casi una tercera parte, principalmente debido al empleo decombustibles fsiles y a la tala de bosques. Ms de la mitad del efectoinvernadero creado por el ser humano puede atribuirse al CO2y tres

cuartas partes de este CO2

proceden del uso de combustibles fsiles.La intensificacin de este fenmeno ha provocado el consecuenteaumento de la temperatura global, el derretimiento de los hielospolares y el aumento del nivel de los ocanos.



16/37


PARAMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIN ELCTRICA

CARGA

Se denomina carga al valor, en un instante dado, de la potencia absorbida o

suministrada en un punto cualquiera del sistema elctrico. La carga puede referirse a un

aparato, una red, una central, o a un abonado, no es una magnitud constante sino que

vara segn el consumo.

Cuando el consumo es mximo y el valor de carga ms elevado se denomina carga

mxima o punta de carga.

DEMANDA

La demanda de una instalacin elctrica receptora es el valor medio de la carga

habitualmente en Kilovatios que absorbe durante un intervalo de tiempo determinado.

La principal caracterstica de la demanda es su variacin con el tiempo, sin embargopresenta una regularidad sobre la base de determinados ciclos temporales.

La demanda total ser la suma de la demanda de todos los abonados.

CURVAS DE CARGA

La representacin y estudio de las curvas de carga dan una idea a las centrales

elctricas o al sistema elctrico de generacin, del consumo o potencia al cual se debe

hacer frente en determinados periodos o momentos de tiempo.JR ARTERO JUNIO 2016


17/37


Para determinar las variaciones de carga del sistema se suelen utilizar unos aparatos

denominados registradores que imprimen grficas o datos donde se registran y

visualizan las variaciones de demanda de potencia que existen en el tiempo.

a. Curvas de carga diaria.

Curva de carga diaria, para distintos usosJR ARTERO JUNIO 2016


18/37


"Curva de demanda anualJR ARTERO JUNIO 2016


19/37


PARMETROS RELATIVOS A LA DEMANDA

a. Energa consumida durante el ao (EC).

A partir de la curva montona, la energa anual ser el rea comprendida entre

los ejes cartesianos y la curva.

b. Potencia instalada (Pi).

Es la suma de todas las potencias nominales receptoras del sistema

alimentado por la central.

c. Potencia mxima (Pmax).

Es la mxima potencia demandada por la red.

d. Carga media anual o potencia media (Pmed).

Es el reparto equitativo de todo lo consumido a lo largo de todo el ao.



20/37


"Factor de simultaneidad en funcin del nmero de abonados"JR ARTERO JUNIO 2016


21/37


PARMETROS RELATIVOS A LA PRODUCCINa. Potencia total de la central (Pt).

Suma de las potencias nominales de los grupos generadores que componen lacentral elctrica de produccin.

b. Potencia disponible (PD).

Es la suma de las potencias nominales de los grupos generadores que seencuentran disponibles en un momento determinado.

Se diferencia de la potencia total de la central a la hora de tener en cuenta los

grupos que se encuentran fuera de servicio, por revisin, avera, recarga, etc.

dejando de generar total o parcialmente.

c. Factor de instalacin (Fi)

Relaciona la capacidad generadora de la central con el mximo consumo delos receptores.



22/37


Factor de instalacin (Fi)

Relaciona la capacidad generadora de la central con el mximo consumo de los

receptores.

Utilizacin anual (T).Es el nmero de horas anuales que la central debiera trabajar a plena carga

(Pt) para producir la misma energa que durante un ao a carga variable.



23/37


Factor de utilizacin (Fu)

Es la relacin entre el nmero de horas de utilizacin anual a plena carga respecto al

nmero de horas del ao.

Factor de reserva (FR)

Es la relacin entre el valor de la potencia total de la central y la potencia

mxima demandada y representa la capacidad de generacin de reserva

de la central elctrica.



24/37


El valor de la potencia total siempre debe ser mayorque el de la potencia mxima demandada, es ms, enel caso de una nica central se debiera aplicar el valorde la potencia disponible en lugar de la total, pues se

debe asegurar el suministro en cualquier momento,incluidas reparaciones, averas, etc.

Tambin se debiera tener en cuenta, si fuera el caso,la central elctrica como parte integrada de un sistema

elctrico, donde las carencias de una las podransuplir las otras, pudiendo entonces trabajar algunas deellas sin reserva.



25/37


ASPECTOS ECONMICOS Y TCNICOS EN LA PRODUCCIN DEELECTRICIDADLas compaas elctricas se plantean la produccin de energa elctrica a partir dedos mximas:

Desde el punto de vista econmico, el de minimizar costes de produccin.

Desde el punto de vista tcnico, la posibilidad de afrontar demandas variables y

crecientes con el tiempo, manteniendo la calidad en el servicio elctrico

Los costos de la generacin de electricidad se pueden clasificar en:

- Costos de capital o costes fijos, derivados de la propia capacidad productora. Sonconstantes e independientes del nmero de horas de servicio, se reparten por igualdurante la vida til de la central o el tiempo estimado.

- Costos de explotacin o costes variables, debidos al combustible, energaprimaria y mantenimiento de la instalacin. Estos costes si varan, dependiendo delnmero de horas de servicio, de las variaciones del precio del combustible, manode obra, etc.



26/37


Para establecer un mtodo que nos permita estudiar lasventajas y desventajas econmicas de varias centraleselctricas, se establecern las siguientes aproximaciones:

a) Los costes fijos son proporcionales a la potencia nominal total

de la central elctrica.b) Estos costes fijos se mantienen constantes y se repartenequitativamente a lo largo de los aos previstos, obtenindoseen coste fijo anual.

c) Los precios del combustible se mantendrn constantes segnel periodo de tiempo estipulado (habitualmente 1 ao) donde seaplicara la inflacin que se considere.

d) Los costes variables se supondrn proporcionales a laenerga elctrica producida (suponiendo que a mayor energaexistir un mayor mantenimiento de la planta).



27/37


Y con estas hiptesis, se obtiene:

Pt potencia nominal de la central kW.

p precio del kilovatio instalado actualizado a la fecha de lapuesta en servicio de la instalacin o central (euros/kW).

i tasa de gastos fijos que representa la cantidad de dineroque hay que pagar anualmente por euro invertido (euros/aoeuros)

E produccin de energa durante un ao (kWh/ao).c precio de la energa en barras de la central (euros/kWh).

h horas de utilizacin a mximo rendimiento, para producir latotalidad de la energa generada en un ao (horas/ao).



28/37


Siendo el coste total la suma del coste fijo ms el coste variable y

ser el coste necesario para mantener en servicio la central

produciendo una energa anual E (kWh/ao).

Se define el coste anual por kilovatio instalado (CP) como:

"Coste anual por kW instalado"



29/37


Se define el coste especfico (Ce) (Grfica PAG- 4) como el coste total del

kilovatio hora producido, siendo:

Coste especfico (Coste anual por kW producido)

En el caso que se plantearan dos centrales con distintos costes fijos yvariables las graficas podran servir de estudio comparativo. Se suponen la

central A y la central B, entre las cuales:

- Coste fijo de la central A es mayor que el de la central B.



30/37


Coste variable de la central A es menos pronunciado que el de la central B,

segn aumentan las horas de funcionamiento h.

Si se representan las grficas de ambas centrales existe un punto de corteque representa las horas de funcionamiento (h0) donde ambas tienen los

mismos costes CP y Ce

. Para calcular el valor de h0 se igualan ambas expresiones del coste CP, obteniendo:

"Clculo de las horas de funcionamiento"JR ARTERO JUNIO 2016


31/37


El valor obtenido de h0 representa elvalor frontera hasta el cual o a partir delcual puede resultar ms interesante,desde el punto de vista econmico, unacentral u otra.

En el caso anterior se tiene que para

valores inferiores a h0 resulta msrentable la central B, dado que el costeanual por kilovatio generado es menor. Encambio a partir de h0 es preferible lacentral A, tanto ms cuanto ms se alejede dicho punto.

Si en lugar de obtener h0 mediante laigualdad de los costes CP, se hubieraobtenido mediante la igualdad de loscostes Ce, los resultados y el valor de h0,hubieran sido los mismos. Comparativa de centrales



32/37


De todo lo tratado hasta ahora se pueden extraer las siguientes conclusiones:

Cuanto mayor sea el factor de utilizacin "h", menor ser el coste del kWh

producido por la central (grficas del coste Ce).

Cuando el sistema de generacin este compuesto de varias centrales, se

podrn establecer ciertos criterios para optimizar la produccin del kWh.

ASPECTOS TCNICOSDesde el punto de vista tcnico, las centrales elctricas cuentan con diversos

tipos de grupo generador, los cuales se pueden estudiar atendiendo a las

siguientes caractersticas:

Caractersticas estticas, las cuales estn relacionadas con la capacidad de

produccin, entre la potencia mxima y el mnimo tcnico1. Por ejemplo:

-Las centrales trmicas permiten el funcionamiento entre la potencia mxima y

potencia de mnimo tcnico.

- Las centrales hidrulicas pueden ver afectadas su produccin por las

variaciones del salto o la disponibilidad de agua en la cuenca.

Caractersticas dinmicas, las cuales hacen referencia a la capacidad de variar

el valor de la potencia producida para afrontar cambios o variaciones de carga.



33/37


Sern mucho mayores en las centrales hidrulicas que en las trmicas o

nucleares (en las trmicas se tiene una gran inercia en la caldera y complejo

sistema de tuberas). Adems, en las trmicas las variaciones de potencia

producida producen dilataciones y expansiones con su correspondiente fatiga

mecnica.

Caractersticas dinmicas importantes son las siguientes:- Duracin de mantenimiento bien preventivo o por avera.

- Tiempo de arranque mnimo, importante en situaciones de emergencia del

sistema (las mejores son las de gas e hidralicas).

- Estabilidad de regulacin cuando aparecen desequilibrios entre la potencia

generada y la potencia consumida.Pero los aspectos tcnicos, del tipo de generacin empleada, tambin tienen

repercusiones econmicas, tal es el caso de:

- Las caractersticas del paro y puesta en marcha del grupo generador (calor

desperdiciado y combustible utilizado)



34/37

Coste de la fatiga de los materiales cuando, como se ha visto anteriormente, seproducen variaciones en la potencia generada, en cortos espacios de tiempo.

Como planteamiento comparativo de las distintas centrales elctricas, se presenta acontinuacin una valoracin segn los costes de instalacin, combustible y energaproducida para los distintos casos.

Coste instalacin, el ms significativo ser el de las centrales nucleares, en oposicin

a las centrales trmicas de gas cuyo coste de instalacin es mucho menor.

El coste del combustible es un valor muy fluctuante, as el coste de uranio, que en suda era significativamente econmico, en la actualidad se ha incrementadonotablemente. Del mismo modo tanto el gas como el petrleo estn asociados a pasesde muy poca estabilidad poltica, con la consiguiente alteracin de suministros y precio.

Ahora bien, lo que s se puede confirmar, es que en condiciones normales, el coste mseconmico es el del agua y las energas renovables como el viento, la mar, el calor delsol y de la tierra.

El coste de energa producida en kWh, tambin es favorable a las centraleshidroelctricas, estando entre las menos favorecidas las trmicas de gas y al da de hoydonde las tecnologas no son todava las ptimas, las centrales de energas renovables.



35/37


En este aspecto cabe destacar la importancia que toma en el coste de la

energa producida, el haber superado el coste de las instalaciones, previsto en

la vida til de la central, caso especialmente significativo en las centrales

nucleares.

La Eficiencia Energtica debe ser una de las polticas clave para intentar

conciliar las necesidades energticas del mundo en desarrollo, que trata deimpulsar el crecimiento y mejorar las condiciones de vida, con la necesidad deasegurar la sostenibilidad medioambiental.



36/37


Consumo eficiente del combustible de los vehculos.

Facilitar una financiacin adecuada de las inversiones en Eficiencia

Energtica para pequeas y medianas empresas y empresas de serviciosenergticos.

Estimular la Eficiencia Energtica en los nuevos Estados Miembros.

Uso coherente de los impuestos.

Sensibilizacin respecto a la Eficiencia Energtica.

Eficiencia Energtica en zonas urbanizadas.

Impulsar la Eficiencia Energtica en todo el mundo

En el lado de la oferta energtica existe un gran potencial de ahorro a travs

del impulso al desarrollo de unas tecnologas ms eficientes energticamente ycon las menores emisiones posibles en:



37/37


El transporte de la electricidad supone un 10% de prdida de la energa

producida en barras de central (2% para el transporte y 8% para la

distribucin).

La produccin de electricidad supone unas prdidas medias del orden

de un 33%. El uso de centrales de ciclo combinado supone un incremento

en los rendimientos de hasta el 60% frente al 40% que tradicionalmente se

ha obtenido con la generacin termoelctrica.

La cogeneracin tiene tambin un potencial importante. En 2006, slo el

13% de la electricidad consumida en la UE se produca aprovechando

esta posibilidad.


Documents

Conceptos de Generacion ENERGIA ELECTRICA