“Aprender sin reflexionar es malgastar la energía”
PLANTAS GENERADORAS DE POTENCIA Elaborado por: Jose Abraham
Para la Universidad Fermin Toro
Contenido
•Termoeléctricas •Hidroeléctricas •Nucleares •Mareomotriz •Eólica •Biomásica •Geotérmica
Tecno-Conocimiento
Editorial Cada día más y más la tecnología tiene nuevos y nuevos avances en el mundo y aun no conocemos las tecnologías que usamos en nuestro país a nivel industrial, particular y quizás militar. Durante los últimos años se ha desarrollado una gran cantidad de tecnología en el mundo entero a nivel industrial, personal y quizás como lo dije anterior mente todo comenzó en lo militar. También estos cambios tan rápidos de tecnología en muchas ocasiones nos genera una gran confusión en lo que realmente necesitamos el día a día para nuestra compañía o como de uso personal. El objetivo de esta editorial es mantener a nuestros lectores al tanto de tecnología industrial y personal, proporcionando información de equipos, usos, innovación en el mercado, impacto ambiental de el mismo, ventajas y desventajas, costos de desarrollo, producción, riesgos, ganancias, mantenimientos, equipos de última generación, proyectos globales para el medio ambiente. La finalidad de esta editorial es que todos nuestros lectores tengan una facilidad para adquirir conocimientos sobre tecnología industrial y personal, de una manera fácil, didáctica y gratuita. Ayudando al medio ambiente pro supuesto siendo una editorial cibernética preparada por ingenieros venezolano
Una central termoeléctrica es una instalación empleada en la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.
Ventajas y Desventajas; Son las centrales más baratas de construir (teniendo en cuenta el precio por megavatio instalado), especialmente las de carbón, debido a la simplicidad (comparativamente hablando) de construcción y la energía generada de forma masiva.Las centrales de ciclo combinado de gas natural son mucho más baratas (alcanzan el 50%) que una termoeléctrica convencional, aumentibles calientes genera emisiones de gases de efecto invernadero y de lluvia ácida a la atmósfera, junto a partículas volantes que pueden contener metales pesados.
Los combustibles fósiles son una fuente de energía finita, por lo tanto su uso está limitado por la disponibilidad de las reservas y/o por su rentabilidad económicaSus emisiones térmicas y de vapor pueden alterar el microclima localAfectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de agua caliente en éstos.Su rendimiento es bajo, a pesar de haberse realizado grandes mejoras.
impacto ambiental; Artículo principal: Impacto ambiental potencial de proyectos de centrales termoeléctricas. Central térmica de Compostilla II, en Cubillos del Sil, León (España).La emisión de residuos a la atmósfera y los propios procesos de combustión que se producen en las centrales térmicas tienen una incidencia importante sobre el medio ambiente. Para tratar de paliar, en la medida de lo posible, los daños que estas plantas provocan en el entorno natural, se incorporan a las instalaciones diversos elementos y sistemas.El problema de la contaminación es máximo en el caso de las centrales termoeléctricas convencionales que utilizan como combustiblecarbón.
Además, la combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y ácidos de azufre que contaminan en gran medida la atmósfera.4 En las de fueloil los niveles de emisión de estos contaminantes son menores, aunque ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre y hollines ácidos, prácticamente nulos en las plantas de gas. En todo caso, en mayor o menor medida todas ellas emiten a la atmósfera dióxido de carbono, CO2. Según el combustible, y suponiendo un rendimiento del 40% sobre la energía primaria consumida.
Costos; De acuerdo con los planes de expansión del sector eléctrico, la mínima capacidad de la planta térmica que se está instalando en el país es de 150 MW. Es casi imposible poder indicar, para centrales térmicas de determinada capacidad, un costo promedio global o por KW instalado. Cada central es un caso específico y debe procederse a establecer los costos de cada uno de sus componentes de acuerdo con los equipos seleccionados y las condiciones locales específicas.
En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda. En general, estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico.El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica.
Impacto ambiental La construcción y operación de la represa y el embalse constituyen la fuente principal de impactos del proyecto hidroeléctrico. Los proyectos de las represas de gran alcance pueden causar cambios ambientales irreversibles, en una área geográfica muy extensa; por eso, tienen el potencial de causar impactos importantes. Ha aumentado la crítica de estos proyectos durante la última década. Los críticos más severos sostienen que los costos sociales, ambientales y económicos de estas represas pesan más que sus beneficios y que, por lo tanto, no se justifica la construcción de las represas grandes. Otros mencionan que, en algunos casos, los costos ambientales y sociales puede ser evitados o reducidos a un nivel aceptable, si se evalúan, cuidadosamente, los problemas potenciales y se implantan medidas correctivas que son costosas.
Algunas presas presentan fallos o errores de construcción como es el caso de la Presa Sabaneta, ubicada en La Provincia San Juan, República Dominicana. Esta presa ha presentado grandes inconvenientes en las temporadas ciclónicas pasadas, producto de su poca capacidad de desagüe y también a que su dos vertederos comienzan a operar después que el embalse está lleno.
Ventajas y desventajas
El beneficio obvio del proyecto hidroeléctrico es la energía eléctrica, la misma que puede apoyar el desarrollo económico y mejorar la calidad de la vida en el área servida. Los proyectos hidroeléctricos requieren mucha mano de obra y ofrecen oportunidades de empleo. Los caminos y otras infraestructuras pueden dar a los pobladores mayor acceso a los mercados para sus productos, escuelas para sus hijos, cuidado de salud y otros servicios sociales.
Además, la generación de la energía hidroeléctrica proporciona una alternativa para la quema de los combustibles fósiles, o la energía nuclear, que permite satisfacer la demanda de energía sin producir agua caliente, emisiones atmosféricas, ceniza, desechos radioactivos.
Costo de inversión
El costo completo de una central hidroeléctrica puede ascender según la potencia a cientos de millones de dólares. Este costo orientativamente podría en algunos casos repartirse así: 55%, la presa; 20%, el equipo o maquinaria; 15% el terreno, y 10 %, las estructuras de la central. En otros casos estas cifras podrían variar sensiblemente. Como el costo absoluto de una central depende de la potencia, para comparar costos se atiende al costo por kW instalado. Este disminuye al aumentar la potencia instalada en la central
Una central o planta nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible
nuclear fisionable que
mediante reacciones
nucleares
propor-
ciona calor que a su vez es empleado, a través de un ciclo termodinámico convencional, para
producir
el
movimiento
de alternadores que
transforman
mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o más reactores.
el trabajo
El núcleo de un reactor nuclear consta de un contenedor o vasija en cuyo interior se albergan bloques de un material aislante de la radioactividad, comúnmente se trata de grafito o de hormigón relleno de combustible nuclear formado por material fisible (uranio235 o plutonio-239). En el proceso se establece una reacción sostenida y moderada gracias al empleo de elementos auxiliares que absorben el exceso de neutrones liberados manteniendo bajo control la reacción en cadena del material radiactivo; a estos otros elementos se les denominan moderadores.
El impacto ambiental de la energía nuclear es un resultado del ciclo del combustible nuclear, la operación de las centrales nucleares y los efectos de los accidentes nucleares.
Los riesgos rutinarios a la salud y las emisiones de gases de efecto invernadero provocados por la energía nuclear de fisión son pequeños en relación a aquellos asociados
con
el
uso
del carbón,
pero
adicionalmente
existen riesgos
catastrófi-
cos: la posibilidad de que el recalentamiento del combustible libere cantidades masivas de los productos de la fisión hacia el ambiente, y la proliferación de armas nucleares. La población es sensible a aquellos riesgos y ha existido considerable oposición pública a la energía nuclear. El accidente de Three Mile Island de 1979 y el desastre de Chernóbil de 1986, junto con los altos costos de construcción, acabaron con el rápido crecimiento de la capacidad instalada de generación de energía eléctrica de las centrales nucleares.
Ventajas y desventajas
En primer lugar vale aclarar que la energía nuclear es sumamente ventajosa en numerosos aspectos y que a pesar de todo lo que se pueda decir, actualmente es una forma de generar energía siempre a tener en cuenta. Por ejemplo, genera gran parte de la energía eléctrica que consumimos día a día y sólo en la Unión Europea un tercio de la energía eléctrica utilizada se obtiene gracias a la energía nuclear, evitando que unas 700 millones de toneladas de CO2 se envíe hacia la atmósfera.
Al ser una energía no contaminante, su uso garantiza un daño menor al medio ambiente, evitando el uso de combustibles fósiles, generando mucha energía con poco combustible.
En cuanto a sus desventajas, los riesgos de accidentes nucleares ya son más que conocidos. Las catástrofes de Chernobyl y la más reciente en Fukushima, son realmente paradigmáticas en este aspecto y si no se toman los recaudos de seguridad necesarios, el riesgo para la humanidad es enorme.
De hecho, las centrales nucleares demandan un alto costo de construcción y mantenimiento y es por ello que en muchos casos se prefiere el uso de combustibles fósiles. Además, las posibilidades de un uso de la energía nuclear no pacífico es muy real. Muchas naciones pueden utilizarlas con fines bélicos que condenaría a la humanidad eternamente.
Costo de inversión
La energía nuclear tiene costos competitivos con otras formas de generación eléctrica en los países de occidente, excepto en regiones donde hay un acceso directo a combustibles fósiles de bajo costo. La disminución de los costos de los combustibles fósiles en los años 90 erosionaron la previa ventaja en costos que tenía la energía nuclear en numerosos países de occidente, pero los mayores precios del gas están cambiando este cuadro otra vez. Los costos de combustible para las centrales nucleares son una proporción menor del total de costos de generación, y a menudo son la tercera parte de los costos para las plantas que queman carbón En la evaluación de la competitividad de costos de la energía nuclear se tienen en cuenta los costos de almacenamiento de los residuos y los de desmantelamiento y puesta en fuera de servicio.
La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, mediante su empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica; una forma energética más segura y aprovechable.
Ventajas: Auto renovable. No contaminante. Silenciosa. Bajo costo de materia prima. No concentra población. Disponible en cualquier clima y época del año. La desventaja fundamental es que necesita una gran inversión inicial y se tardan varios años en construir las instalaciones. Otros inconvenientes son los posibles cambios en el ecosistema y el impacto visual y estructural sobre el paisaje costero. Desventajas: Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero. Localización puntual. Dependiente de la amplitud de mareas. Traslado de energía muy costoso. Efecto negativo sobre la flora y la fauna. Limitada. Costo de inversión En el mundo existe un gigantesco potencial de extraer energía a partir de las ondas marinas Chile por sus características geográficas y por las características de corrientes marinas que enfrenta, tiene un gran potencial para desarrollar este tipo de energía. Sin embargo esta tecnología aún no está siendo desarrollada a precios competitivos de mercado. Otro factor que explica una diferencia importante es la lejanía del generador a la costa. Los costos de construir alguna infraestructura sobre el mar son muy caros, en conjunto con los altos costos de construir la línea de transmisión para llevar la energía a la red.
Impacto ambiental. Posibles cambios en el ecosistema y el impacto visual y estructural sobre el paisaje costero. Impacto social y econ贸mico Bajo costo de materia prima. No concentra poblaci贸n.
Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transmutada en otras formas útiles de energía para las actividades humanas.
Ventajas: Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra procedente del Sol. Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes. No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2), por lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio climático. Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas y muy empinadas para ser cultivables. Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para uso ganadero o cultivos bajos como trigo, maíz, patatas, remolacha, etc. Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de ensamblaje y las zonas de instalación. Su instalación es rápida, entre 4 meses y 9 meses Su inclusión en un sistema ínter ligado permite, cuando las condiciones del viento son adecuadas, ahorrar combustible en las centrales térmicas y/o agua en los embalses de las centrales hidroeléctricas. Su utilización combinada con otros tipos de energía, habitualmente la energía solar fotovoltaica, permite la auto alimentación de viviendas, terminando así con la necesidad de conectarse a redes de suministro, pudiendo lograrse autonomías superiores a las 82 horas, sin alimentación desde ninguno de los 2 sistemas.
Desventajas: Técnicamente, uno de los mayores inconvenientes de los aerogeneradores es el llamado hueco de tensión. Ante uno de estos fenómenos, las protecciones de los aerogeneradores con motores de jaula de ardilla se desconectan de la red para evitar ser dañados y, por tanto, provocan nuevas perturbaciones en la red, en este caso, de falta de suministro. Este problema se soluciona bien mediante la modificación de la a paramenta eléctrica de los aerogeneradores, lo que resulta bastante costoso, bien mediante la utilización de motores síncronos aunque es bastante más fácil asegurarse de que la red a la que se va a conectar sea fuerte y estable.
Además de la evidente necesidad de una velocidad mínima en el viento para poder mover las aspas, existe también una limitación superior: una máquina puede estar generando al máximo de su potencia, pero si el viento aumenta lo justo para sobrepasar las especificaciones del aerogenerador, es obligatorio desconectar ese circuito de la red o cambiar la inclinación de las aspas para que dejen de girar, puesto que con viento de altas velocidades la estructura puede resultar dañada por los esfuerzos que aparecen en el eje. La consecuencia inmediata es un descenso evidente de la producción eléctrica, a pesar de haber viento en abundancia, y otro factor más de incertidumbre a la hora de contar con esta energía en la red eléctrica de consumo.
Costo de inversión El coste de la unidad de energía producida en instalaciones eólicas se deduce de un cálculo bastante complejo. Para su evaluación se deben tener en cuenta diversos factores, entre los cuales cabe destacar:
Los costos financieros; Los costos de operación y mantenimiento (variables entre el 1 y el 3% de la inversión); La energía global producida en un período de un año, es decir el denominado factor de planta de la instalación. Esta se define en función de las características del aerogenerador y de las características del viento en el lugar donde se ha emplazado. Este cálculo es bastante sencillo puesto que se usan las "curvas de potencia" certificadas por cada fabricante y que suelen garantizarse a entre 95-98% según cada fabricante. Para algunas de las máquinas que llevan ya funcionando más de 20 años se ha llegado a respetar 99% de las curvas de potencia. En agosto de 2011 licitaciones en Brasil y Uruguay para compra a 20 años presentaron costos inferiores a los U$S65 el MWh.
Rendimiento El límite superior teórico para la eficiencia de una máquina de viento (de cualquier tipo) es 59%. La ecuación siguiente muestra el poder que se puede esperar de un molino de viento de primera categoría, que opera a una eficiencia del 50%. Windmill Ecuación: El siguiente gráfico muestra la potencia con respecto a la velocidad con varias líneas: El poder en el viento La potencia que se podía extraer en eficiencia 59% El poder que se podía extraer con una eficiencia del 50% (es decir, si la turbina de viento era lo suficientemente bueno como para ser considerado excelente) La potencia de salida real de la turbina eólica.
Impacto ambiental Al comienzo de su instalación, los lugares seleccionados para ello coincidieron con las rutas de las aves migratorias, o zonas donde las aves aprovechan vientos de ladera, lo que hace que entren en conflicto los aerogeneradores con aves y murciélagos. Afortunadamente los niveles de mortandad son muy bajos en comparación con otras causas como por ejemplo los atropellos (ver gráfico). Aunque algunos expertos independientes aseguran que la mortandad es alta. Actualmente los estudios de impacto ambiental necesarios para el reconocimiento del plan del parque eólico tienen en consideración la situación ornitológica de la zona. Además, dado que los aerogeneradores actuales son de baja velocidad de rotación, el problema de choque con las aves se está reduciendo significativamente. El impacto paisajístico es una nota importante debido a la disposición de los elementos horizontales que lo componen y la aparición de un elemento vertical como es el aerogenerador. Producen el llamado efecto discoteca: este efecto aparece cuando el sol está por detrás de los molinos y las sombras de las aspas se proyectan con regularidad sobre los jardines y las ventanas, parpadeando de tal modo que la gente denominó este fenómeno: “efecto discoteca”. Esto, unido al ruido, puede llevar a la gente hasta un alto nivel de estrés, con efectos de consideración para la salud. No obstante, la mejora del diseño de los aerogeneradores ha permitido ir reduciendo el ruido que producen.
Es la energĂa que se puede obtener de los compuestos orgĂĄnicos formados en procesos naturales.
Ventajas: Disminución de las emisiones de CO2 Aunque para el aprovechamiento energético de esta fuente renovable tengamos que proceder a una combustión, y el resultado de la misma sea agua y CO2, la cantidad de este gas causante del efecto invernadero, se puede considerar que es la misma cantidad que fue captada por las plantas durante su crecimiento. Es decir, que no supone un incremento de este gas a la atmósfera. No emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas. Si se utilizan residuos de otras actividades como biomasa, esto se traduce en un reciclaje y disminución de residuos. Los cultivos energéticos sustituirán a cultivos excedentarios en el mercado de alimentos. Eso puede ofrecer una nueva oportunidad al sector agrícola. Puede provocar un aumento económico en el medio rural. Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles. Desventajas: Tiene un mayor coste de producción frente a la energía que proviene de los combustibles fósiles Menor rendimiento energético de los combustibles derivados de la biomasa en comparación con los combustibles fósiles. Producción estacional. Necesidad de acondicionamiento o transformación para su utilización.
Costo de inversión La determinación de los costos de producción de energía (o materiales) a partir de biomasa es compleja debido a la variabilidad regional en los costos de producción y suministro de materias primas y la amplia variedad de tecnologías de conversión de biomasa. Los factores clave que afectan a la los costos de producción de bioenergía son los siguientes: Para la producción de cultivos: el costo de la tierra y del trabajo, rendimientos de los cultivos, los precios de diversos insumos (como fertilizantes), suministro de agua y el sistema de gestión (por ejemplo, la cosecha mecanizada y la manual). Para la conversión final a los portadores de energía (o de biomateriales): la escala de conversión, los mecanismos de financiación, los factores de planta, la producción y el valor de los coproductos, y los costos finales de conversión (en la planta de producción). Estos actores claves varían entre las tecnologías y los lugares. El tipo de portador de energía utilizada en el proceso de conversión influye en el potencial de mitigación del cambio climático.
La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.
Ventajas: Es una fuente que disminuye la dependencia energética de los combustibles fósiles y de otros recursos no renovables. Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo y el carbón. Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético. No genera ruidos exteriores. Los recursos geotérmicos son mayores que los recursos de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinados.[cita requerida] No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales. El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, ni tala de bosques. La emisión de CO2, con aumento del efecto invernadero, es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión.
Desventajas: En yacimientos secos se han producido a veces micro seísmos como resultado del enfriamiento brusco de las piedras calientes, y su consiguiente figuración. Como se ha dicho más arriba, no es una energía inagotable. En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc. Contaminación térmica. Deterioro del paisaje. No se puede transportar (como energía primaria), salvo que se haga con un intercambiador y un caloportador distinto del de las aguas del acuífero. No está disponible más que en determinados lugares, salvo la que se emplea en la bomba de climatización geotérmica, que se puede utilizar en cualquier lugar de la Tierra.
Costo de inversión La energía geotérmica es más competitiva que la combustión (hidrocarburos), sobre todo en países como Islandia, Nueva Zelanda e Italia. Durante el período de precios bajos de energía en la década de 1980 hasta la reciente subida de los precios de los combustibles fósiles petróleo y gas, pocas áreas de recursos geotérmicos en los Estados Unidos fueron capaces de generar electricidad a un coste competitivo con otras fuentes de energía. Salvo para las bombas de calor geotérmicas, no todas las áreas del mundo tienen un recurso geotérmico utilizable, aunque si lo poseen. Además, algunas áreas geotérmicas no tiene una temperatura lo suficientemente alta como para producir vapor. En esas zonas, la energía geotérmica se puede generar mediante un proceso llamado tecnología de ciclo binario, aunque la eficacia es menor. Otras áreas no tienen el agua para producir vapor, que es necesaria para los diseños actuales de la planta. A las áreas geotérmicas sin vapor se las denomina áreas de
Costos de operación y mantenimiento Los costos de operación y mantenimiento están constituidos por una porción fija y otra variable, directamente relacionadas con la fase de producción de electricidad. Los costos anuales de O&M incluyen el campo de operación (mano de obra y equipamiento), la operación de los pozos, trabajo sobre los pozos y el mantenimientos de las instalaciones. Para las plantas geotérmicas, un factor adicional es el costo de restauración de pozos, es decir, los pozos nuevos para reemplazar los pozos fallidos y restaurar la pérdida de capacidad de producción o de inyección. Los costos de estos pozos son generalmente más bajos que las de los pozos originales, y su tasa de éxito es mayor.
Situación del pais en relacion a la energia electrica. La crisis energética de Venezuela de 2009-2013 se refería un período durante el cual el país experimentó un marcado déficit de generación de energía eléctrica. La causa inmediata de la crisis fue una prolongada sequía que ocasionó que el agua en el embalse de la Central Hidroeléctrica Simón Bolívar alcanzara niveles muy bajos. Esto ocurrió durante una nueva ocurrencia del fenómeno climático de El Niño, que se empezó a desarrollar desde julio de 2009. Aunque se tomaron diversas medidas para superar la crisis, una de las más polémicas fue la implantación de un programa de racionamiento eléctrico en todo el país, excepto en la capital Caracas, que fue finalmente suspendido de manera oficial en junio de 2010, debido a la recuperación de los embalses por las lluvias, y para no interrumpir la transmisión de la Copa Mundial de Fútbol de 2010. Aunque el 29 de agosto de ese año el embalse de Guri alcanzó su nivel óptimo, los cortes de electricidad se han seguido produciendo en el interior del país, aunque con menor frecuencia y duración, esta vez impulsados por fallas en otras partes del sistema.La situación de "emergencia eléctrica" decretada por el gobierno el 21 de diciembre de 2009, fue suspendida el 30 de noviembre de 2010; no obstante, el 14 de mayo de 2011, luego de que el país experimentase dos apagones nacionales, el gobierno de Hugo Chávez anunció un plan de racionamiento temporal y reconoció que el sistema eléctrico continuaba enfrentando "debilidades en la generación" que no esperaban superar hasta finalizar el año.
A base de esto, se han estado instalando centrales termoelectricas, tambien se ha intentado trabajar con la energia Eolica, pero lo cual no ha sido possible por el Gobierno de Venezuela.