Generación, transporte y distribución de electricidad

Hoy voy a inaugurar la sesión de tecnologías energéticas haciendo un breve resumen sobre los procesos de generación, transporte y distribución de electricidad y algunos de los componentes que nos encontramos. Estos procesos están conformados por un conjunto de instalaciones que se utilizan para transformar otros tipos de energía en electricidad, y posteriormente transportarla y distribuirla hasta los lugares donde se consume.

Voy a introducir unas definiciones iniciales antes de empezar para que se entienda mejor lo desarrollado:

Antes de nada voy a clasificar las máquinas en dos grupos:

–       Rotativas: Motores y generadores.

–       Estáticas: Transformadores.

El transformador es un maquina eléctrica estática electromagnética que permite aumentar o disminuir la tensión y la intensidad de la corriente eléctrica de manera que su producto sea constante. La potencia en la entrada será igual a la de la salida, en el caso de no considerar las pérdidas.

Los generadores son maquinas eléctricas electrómagenéticas rotativas capaces de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos transformando la energía mecánica en energía eléctrica.

Los generadores funcionan de manera similar a los motores, pero en forma inversa, esto significa que: mientras a un motor le inyectamos energía eléctrica para transformarla en energía mecánica (movimiento); a los generadores debemos de alguna manera entregarle energía mecánica (mover su eje) para transformarla en energía eléctrica y así producir electricidad.

Centros de Generación

Es aquí donde se realiza la transferencia de energía potencial, térmica, química, eólica, nuclear, etc. en energía mecánica y esta en energía eléctrica. Para lo cual se utilizan, generadores (donde obtenemos unas tensiones de salida entre 10 y 20 KV). Según los fluidos utilizados en la generación las centrales pueden clasificarse como:

VAPOR	Centrales térmicas convencionales Centrales térmicas nucleares Centrales   de biomasa Centrales   geotérmicas
GAS DE COMBUSTIÓN Y   VAPOR	Centrales   de ciclo combinado
AGUA	Centrales   hidroeléctricas
VIENTO	Centrales   eólicas

Ahora vamos a enumerar y describir de forma breve, los tipos de centrales más importantes que nos encontramos en la generación eléctrica en España:

a) Centrales Térmicas Convencionales y Centrales Nucleares

Una central Térmica o Nuclear es de tipo vapor (ya sea generado por combustibles fósiles o por uranio enriquecido) y es una instalación industrial en la que la energía química del combustible se transforma en energía calorífica para producir vapor, este se conduce a la turbina donde su energía cinética se convierte en energía mecánica, la que se transmite al generador, para producir energía eléctrica. Para que se cumpla este proceso es necesario el uso de una caldera o núcleo con uranio, la cual es la que dará origen al vapor de agua, y así este tendrá la potencia para mover las turbinas.

Esquema de transformación de energía

Esquema de una central térmica de carbón

Esquema de una central nuclear

b) Centrales Hidroeléctricas

Las Centrales Hidroeléctricas son instalaciones de generación cuyo combustible es el agua por lo que el kw/h es el más barato del mercado eléctrico y son las de más alto rendimiento obtienen, pero tiene el inconveniente de que depende en gran medida del año pluviométrico.

Estas centrales aprovechan la energía cinética, potencial y cambios de presión del agua para generar energía mecánica mediante uso de turbinas (Pelton, Kaplan y Francis) y luego transformarla mediante un generador en energía eléctrica.

La obra civil y la instalación es bastante cara por lo que la vida útil suele ser de unos 50 años. Son regulables y de rápida puesta en marcha al contrario de lo que ocurre  en las Centrales Térmicas.

Central hidroeléctrica de pie de presa

c) Central de ciclo combinado

Es una central que combina dos ciclos termodinámicos (gas y vapor). En el primero se produce la combustión de gas natural en una turbina de gas de donde se aprovecha el calor residual de los gases para generar vapor a altas temperaturas y expandirlo en las turbinas de vapor en varios ciclos.

Esquema de una central de ciclo combinado

d) Centrales de Energías Alternativas

• Centrales eólicas: la energía cinética del viento se transforma directamente en energía mecánica rotatoria mediante un aerogenerador.

•  Centrales solares:

              – Las Centrales Termoeléctricas: la energía del sol calienta un fluido que transforma en vapor otro segundo fluido, que acciona la turbina-alternador que consigue el movimiento rotatorio y así, generar electricidad.

Tipos de centrales termoeléctricas

              –  Las Centrales Fotovoltaicas: son centrales donde el sol incide en un panel compuesto por células fotovoltaicas, las cuales captan la energía solar mediante y la transforman en energía eléctrica continua mediante el efecto fotoeléctrico. Dicha energía eléctrica es transformada en Corriente alterna mediante un Inversor.

• Centrales de biomasa o de residuos sólidos urbanos (RSU): utilizan el mismo esquema de generación eléctrica que una central térmica convencional. La única diferencia es el combustible utilizado en la caldera, que proviene de nuestros residuos.

Subestaciones transformadoras de elevación y líneas de transporte

Toda la electricidad producida en los centros de generación se debe transportar hacia los grandes centros poblados, que por lo general se encuentran bastante alejados, uno del otro. Para realizar esta labor de forma eficiente se eleva el voltaje, por medio de transformadores, a valores entre 110 KV y 400 KV y se utilizan grandes torres metálicas para sujetar los cables que la transportan, cruzar montañas, ríos y lagos.

Subestaciones distribuidoras de transformación y líneas de distribución

Una vez que nos aproximamos a los centros poblados, es necesario reducir el voltaje a valores menores (entre 132KV a 45KV), por medio de transformadores reductores. Para facilitar así, la entrega de energía a su paso y hacer más sencillo transportar la electricidad hacia los grandes centros industriales y residenciales de las grandes ciudades (al poder utilizar estructuras de menores dimensiones).

Por último y para poder llegar a cada uno de los hogares, centros comerciales e industrias, se vuelve a reducir el voltaje a valores entre a 13.2 KV y 30 KV, por medio de transformadores reductores. De esta forma es mucho más sencillo, económico y seguro, transportar la energía eléctrica a cada rincón del pueblo, urbanización o ciudad. Estamos entonces en la etapa de distribución.

En esta etapa se reduce el voltaje a valores comerciales (230 V,400V), por medio de transformadores instalados en los postes en donde se transporta la energía eléctrica.

Los postes y cables que normalmente vemos en las calles y los cilindros que se ven colgando en algunos postes (denominados transformadores), los cables que parten de los postes hacia cada casa, comercio o industria y los equipos contadores de energía (medidores) son los componentes de la fase de distribución y los últimos en la carrera de la electricidad desde el generador hasta nuestro hogar.

Esquema de Generación, transporte y distribución de energía eléctrica