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Conjunto de instalaciones que constituyen una planta que genera energía eléctrica mediante la conversión de otras formas de energía.
La producción de electricidad
Una central eléctrica produce electricidad mediante generadores de corriente alterna, accionados por motores primarios que utilizan las distintas formas naturales de energía: térmica, eólica, solar, geotérmica, hidráulica y mareomotriz. Actualmente, la práctica totalidad de la electricidad comercializada en el mundo es producida por centrales térmicas e hidroeléctricas. Los otros modos de producción aún no son competitivos y solo representan una pequeña parte del equilibrio global. Una central térmica se compone principalmente de una caldera, que vaporiza el agua que circula en un circuito cerrado, y de un grupo turboalternador (alternador accionado por una turbina). En las centrales térmicas convencionales (o de “llama”), el vapor se produce por la combustión de carbón o fuel oil y, más raramente, por la de gas natural o gas de altos hornos. En una central nuclear térmica, es una reacción en cadena de fisión de uranio la que produce el calor necesario para la vaporización del agua. Las calderas convencionales producen vapor a una presión de 165 bares para una temperatura de 565°C. Para reactores nucleares, estos valores son 50 bares y 300°C. Toda la capacidad de expansión del vapor se aprovecha en etapas sucesivas gracias a las tres etapas -alta, media y baja presión- de la turbina. A la salida, la presión residual es de unos pocos cientos de milibares. En contacto con un circuito frigorífico (el condensador), el vapor se transforma en agua, que vuelve a la caldera: el ciclo es continuo. La proximidad de un curso de agua de gran caudal es una condición indispensable para la instalación de cualquier central térmica con el fin de suministrar agua al condensador, que evacua así dos tercios del calor producido por la central. El agua caliente puede descargarse directamente al río (refrigeración de circuito abierto) o circular en grandes torres de refrigeración donde se evapora parcialmente en contacto con el aire antes de ser reinyectada al condensador (refrigeración de circuito cerrado). Esta última solución, más cara, permite reducir las extracciones de agua así como los problemas ecológicos ligados al calentamiento de los ríos. Con el fin de limitar los costos de fabricación de los equipos y facilitar la operación de las centrales eléctricas, estos se producen por secciones y por unidades de producción estandarizadas y autónomas. Cada equipo está compuesto por una caldera, un generador de vapor, un grupo turboalternador y un transformador elevador conectado a la red. Los niveles adoptados para las unidades francesas son 125 MW, 250 MW, 600 MW, 700 MW para las centrales térmicas y 900 MW, 1.300 MW y 1.450 MW para las centrales nucleares. Otras instalaciones térmicas, de potencia más modesta, producen electricidad sin pasar por el ciclo agua-vapor. Estas son las turbinas de gas, modeladas según el principio de un reactor de avión, que impulsan directamente un alternador y generadores diesel. Estas turbinas al estar especialmente diseñadas para servicio en horas punta, su potencia no supera los 100 MW, pero su gran sencillez (compacidad, ausencia de circuito agua-vapor, refrigeración por aire) permite su puesta en marcha en pocos minutos. Además, estas instalaciones térmicas se pueden instalar prácticamente en todas partes. Las centrales hidroeléctricas tienen varias turbinas (a veces hasta 18), impulsadas por la energía de una cascada o de una corriente, y accionan alternadores cuya potencia puede alcanzar los 750 MW. Pueden integrarse en la presa de contención (plantas de presa) o, para aumentar la altura de caída (diferencia entre el nivel superior del embalse y el nivel de las turbinas), ubicarse hasta varios cientos de metros aguas abajo (bypass). plantas). En este caso, el agua se canaliza por conductos o galerías subterráneas para alimentar a alta presión las turbinas. Hay cuatro categorías de fábricas. Las factorías lacustres disponen de un embalse (natural o artificial) de gran capacidad que puede almacenar los aportes de una temporada. Caracterizados por su gran altura de caída (de 300 a 2.000 m), se localizan principalmente en regiones montañosas. Las plantas de esclusas se caracterizan por una altura de cabeza y una reserva de agua de importancia media. El agua generalmente se almacena durante la noche para alimentar las turbinas durante el día, en los momentos de máxima carga. Las plantas de pasada tienen poco o ningún espacio para la cabeza y tienen una cabeza baja; su productividad depende del caudal del río o arroyo que atraviesan. Las plantas de bombeo permiten almacenar la electricidad producida por otras centrales eléctricas. Tienen dos embalses, situados a diferentes niveles. Durante las horas valle, el agua contenida en el tanque inferior se bombea al tanque superior. En momentos de alto consumo, este último alimenta las turbinas y desemboca en el embalse inferior. Dado que la mayor parte de la electricidad se produce en centrales térmicas contaminantes (carbón) o peligrosas (nucleares), se investiga desde hace muchos años para intentar establecer medios de producción que no dañen el medio ambiente y ahorren energías no renovables. recursos. Hasta el momento, aún no ha sido posible desarrollar métodos que puedan aplicarse a gran escala. Muchos de estos procesos todavía se basan en la conversión de energía mecánica en energía eléctrica. Consisten en explotar la energía mecánica natural (energía eólica o mareomotriz), capturar una fuente termal generadora de vapor natural (energía geotérmica o solar) o desarrollar nuevos combustibles, proporcionados por biomasa, residuos o carbón. La energía eólica es una fuente de energía eléctrica aún poco explotada en el mundo. En 2008, representó poco más del 2% de la producción mundial de electricidad. Sin embargo, el mercado de la energía eólica está creciendo, debido a las políticas energéticas de todos los países ricos encaminadas a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero y aumentar su independencia energética de los combustibles fósiles. La energía mareomotriz ha tenido un desarrollo limitado. Como en las centrales hidroeléctricas, allí se produce electricidad a partir de masas de agua en movimiento, pero al ritmo del flujo y reflujo de las mareas, gracias a turbinas de álabes regulables. La primera central mareomotriz se construyó en 1966, en Francia, en el estuario del Rance (24 turbinas que suman 240 MW). La energía geotérmica de “alta energía” (más de 150°C) ya se utiliza en muchos países para producir electricidad. Las turbinas funcionan con vapor que emana de fuentes termales contenidas en el subsuelo terrestre. La energía solar se puede convertir en electricidad mediante células fotovoltaicas. Los avances realizados desde la década de 1970 en el campo de los materiales semiconductores han permitido mejorar la eficiencia y fiabilidad de las células. Su precio de coste, todavía elevado, está retrasando la difusión de esta tecnología no contaminante, con un coste operativo modesto. Las instalaciones equipadas con espejos que concentran el calor hacia un fluido caloportador permiten producir vapor para accionar turbinas. Una de las plantas de energía solar más grandes se encuentra en Barstow, California (10 MW). Antes de su renovación en 1996 -basada en la introducción de la tecnología de sales fundidas como portador de calor-, su 1.818 helióstatos de 40 m2 produjo un vapor de 510°C. También estamos tratando de producir electricidad sin pasar por la producción de energía mecánica. Estas soluciones se utilizan para necesidades bajas o son objeto de estudios experimentales. Por lo tanto, las pilas de combustible que convierten directamente la energía química del hidrógeno en corriente continua se han utilizado en aplicaciones espaciales. Otros convertidores, generadores termoeléctricos y termoiónicos, producen electricidad a partir de dos materiales llevados a diferentes temperaturas. También es posible convertir el calor en electricidad a partir de un chorro continuo de gas ionizado llevado a una temperatura muy alta (plasma). El principio del generador magnetohidrodinámico consiste en hacer pasar un chorro de este tipo a través de un campo magnético para extraer un flujo continuo de electrones. En el generador electro-gas-dinámico, es un campo eléctrico que, al capturar los electrones del gas que lo atraviesa, produce iones que luego son recogidos. A pesar de los problemas ambientales que plantea su combustión, el carbón seguirá ocupando durante mucho tiempo el primer lugar en la producción mundial de electricidad. Esto se debe a la abundancia de reservas disponibles y la limitación de fuentes de energía alternativas. La energía nuclear, tras una ralentización del ritmo de crecimiento de los programas de equipamiento, sólo logrará mantener su participación actual en el balance global. El gas natural y el petróleo, en particular, se explotan más ventajosamente en transporte, calefacción o productos químicos. Sin embargo, algunos defensores mayor uso de gas natural. El desarrollo de equipos hidráulicos en los países industrializados está cerca de su máximo, especialmente en Europa, donde ya están equipados los sitios más económicos. Es, por otro lado, en los países en desarrollo donde el potencial hidroeléctrico es mayor. Las fuentes de energía renovables, como la energía geotérmica, solar o eólica, seguirán desempeñando un papel local. Se deben realizar esfuerzos a nivel mundial tanto para mitigar el daño ambiental de la combustión del carbón como para expandir el uso de fuentes competitivas de energía limpia. Los materiales superconductores, por ejemplo, podrían ofrecer perspectivas interesantes en este sentido. A muy largo plazo, se depositan grandes esperanzas en la energía de fusión termonuclear.
Las centrales térmicas
Calderas
El ciclo del agua
Las “rebanadas” de una central eléctrica
turbinas de gas
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Fábricas a lo largo del agua
Plantas de bombeo
Otros métodos de producción de electricidad.
La energía eólica
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