PLANTAS GENERADORA DE POTENCIAS
En general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía (química, cinética, térmica o lumínica, entre otras), en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico
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: • • •
Corto tiempo de construcción No dependen del clima Costos de inversión menores que en las hidroeléctricas lo que favorece su construcción y entrada en funcionamiento
Desventajas: Como resultado del procesamiento del carbón, fue- oil y gas, éstas centrales son importantes fuentes emisoras de agentes contaminantes, calor, ruido y vibraciones. • La peor desventaja es el terrible impacto ambiental que produce, ya que emite gases que provocan tanto el efecto invernadero Como la lluvia ácida. •
La generación de energía eléctrica mediante turbinas a vapor, posee importantes costes de inversión, ya que utiliza recursos fósiles para producir el fluido de trabajo, siendo algunos: Los hidrocarburos y el carbón, ellos exigen de inversiones altas para la localización de yacimientos, siendo luego necesitando cuantiosas sumas adicionales para la extracción, transporte y adecuación del producto para la posterior utilización en las plantas generadoras. Las instalaciones de plantas que se sirven de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo proporcionan un coste muy elevado, porque requieren de una cantidad de obras metálicas, para la plata de vapor, el tiempo de instalación, y otros componentes que se necesitan para que el sistema funcione a cabalidad.
Las centrales a vapor: estas trabajan con tres tipos de combustible, el Gas natural que tiene una eficiencia de conversión de un 40%, Carbón este también posee una eficiencia del 40% y el Fuel- oil con una eficiencia del 40%. Rendimiento térmico de una turbina a vapor: 48% Rendimiento termodinámico del ciclo a vapor: El ciclo ideal de una máquina térmica es el ciclo de Carnot:
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T2 T1 T2
En la práctica, las centrales térmicas convencionales no alcanzan más de un 30% de rendimiento, por lo que se están poniendo en marcha varios procedimientos para elevar esta cifra (algunos se describen en producción + limpia). Un enfoque muy interesante es el de las centrales de gas de ciclo combinado, que pueden superar fácilmente el 40% de rendimiento
El ciclo real de una planta de vapor es diferente (Ciclo de Rankine). Caso de central con sobrecalentamiento de vapor: th Ce
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Para estas centrales la rentabilidad en el sistema y producción de potencia es muy baja, ya que el ciclo es poco eficiente y sólo se consigue obtener alrededor de un 30% de energía eléctrica, respecto de la energía inicial. También es importante mencionar que la generación de electricidad mediante esta no es muy rentable debido al tipo de combustible. Este define como un recurso no renovable y contaminante para el medio ambiente.
Las centrales térmicas convencionales y las más modernas de ciclos combinados requieren de un mantenimiento preventivo-correctivo programado, para minimizar impactos económicos y de disponibilidad.
Los efectos ambientales de una central térmica provienen del proceso de combustión, así como de las emisiones de polvo y gases contaminantes. En general los efectos ambientales -por ejemplo, emisiones contaminantes, ocupación de espacio por la central y volumen de residuos - aumentan en el orden siguiente: gas, fuel oil ligero, fuel oil pesado y combustión de carbón.
Uno de los impactos más importantes de las plantas termoeléctricas se relaciona con la afluencia de trabajadores durante el período de construcción. Pueden ser necesarios varios miles de trabajadores durante algunos años para la construcción de una planta grande (700 MW), y cientos de trabajadores para su operación. Sin embargo, luego de construidas operan con no más de 40 trabajadores.
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.
Ventajas: • • •
Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua. Los costos de mantenimiento y explotación son bajos Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen una duración considerable
Desventajas: • •
Los costos de capital son con frecuencia muy altos. El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.
Básicamente, hay dos grupos principales de costos de inversión en proyectos de energía hidroeléctrica: a) los costes de construcción civil, que normalmente son los mayores costos del proyecto de energía hidroeléctrica, y b) el costo de los equipos electromecánicos para la transformación de la energía. Además, los costos de inversión incluyen los costos de planificación, análisis de impacto ambiental, concesión de licencias, la mitigación de la pesca y vida silvestre, la mitigación de recreación, mitigación histórica y arqueológica, y monitoreo de la calidad del agua.
El rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la energía producida por la misma y la energía disponible, es por ello que el conocimiento del rendimiento de una central hidroeléctrica, dotada con uno o varios grupos turbina-alternador, se traduce en una mejor explotación de la misma mediante la optimización del aprovechamiento del agua disponible, adicionalmente sirve para realizar un seguimiento del estado de la unidad, cuyo desgaste y deterioro se traduce en una pérdida de rendimiento de la instalación. La expresión que define el rendimiento de la turbina, en %, es:
Una vez construidas y puestas en funcionamiento, las centrales hidroeléctricas por lo general requieren muy poco mantenimiento y los costos de operación se pueden mantener bajos, ya que las plantas hidroeléctricas no tienen los costos recurrentes en cuanto a combustibles. Los costos de O&M se dan generalmente como un porcentaje del costo de inversión por Kw El estudio del Consejo Europeo de Energías Renovables junto con Greenpeace, utiliza un 4% para los costos de O&M, lo que puede ser apropiado para la energía hidroeléctrica a pequeña escala, pero es demasiado alto para las centrales hidroeléctricas de gran escala. El WEO, estudio hecho por la Agencia Internacional de Energía (IEA), utiliza un 2,5% (IEA, 2008a), el 2,2% para la energía hidroeléctrica de gran escala de 3% para proyectos más pequeños. Un promedio típico de los costos de O&M para la energía hidroeléctrica es de 2,5%, cifra que se utiliza en los cálculos LCOE que siguen.
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 un área geográfica muy extensa; por eso, tienen el potencial de causar impactos importantes.
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.
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 proporciona calor que a su vez es empleado, a través de un ciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento de alternadores que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o más reactores.
Ventajas: •
La gran ventaja que presenta es que no presenta ninguna incidencia en el llamado efecto invernadero, es decir, no emite gases nocivos que contribuyan al calentamiento de la Tierra y al empobrecimiento de nuestra atmósfera. En este aspecto, presentan una ventaja clara sobre las centrales térmicas, donde el uso de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo provoca la emisión de CO2 a la atmósfera.
Desventajas: • La generación de residuos nucleares y la dificultad para gestionarlos, ya que tardan muchísimos años en perder su radiactividad y peligrosidad, es un inconveniente importante del uso de esta tecnología. La medida actual es enterrarlos en estructuras geológicas estables, que es una solución provisional, que no resuelve el problema. Hay líneas de investigación donde se utilizarían procesos nucleares donde los residuos producidos son de vida corta, que supondrían la resolución de este problema.
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.
Las centrales nucleares generan aproximadamente un tercio de la energía eléctrica que se produce en la Unión Europea, evitando así la emisión a la atmósfera de 700 millones de toneladas de dióxido de carbono por año [cita requerida] y del resto de emisiones contaminantes asociadas con el uso de combustibles fósiles.
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.
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.
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.
Posibles cambios en el ecosistema y el impacto visual y estructural sobre el paisaje costero.
Bajo costo de materia prima. No concentra población.
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.
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.
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: • El coste inicial o inversión inicial, el costo del aerogenerador incide en aproximadamente el 60 a 70%. El costo medio de una central eólica es, hoy, de unos 1.200 Euros por Kw de potencia instalada y variable según la tecnología y la marca que se vayan a instalar ("direct drive", "síncronas", "asíncronas", "generadores de imanes permanentes") • Debe considerarse la vida útil de la instalación (aproximadamente 20 años) y la amortización de este costo; Los costos financieros.
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.
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.
Es la energía que se puede obtener de los compuestos orgánicos formados en procesos naturales. Es lo que comúnmente se denomina biomasa.
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.
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.
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).
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.
Desventajas: •
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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.
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.
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.
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En Venezuela Existen principalmente cuatro tipos de plantas generadoras de electricidad: Hidroeléctrica: con 10.676 MW instalados, entre las que se encuentran: Raúl León, UribanteCaparo, Planta Páez Termoeléctrica: con 7.257 MW instalados, como la de Planta Centro en Puerto Cabello, Pedro Camejo en Valencia. Planta centro dispone de 2.000 MW instalados, por medio de 5 unidades de generación de las cuales una de ellas es a gas y el resto a combustible sólido (petróleo). Diesel: con 128 MW instalados, como las de Isla de coche y Santa Elena de Uairen, entre otras. Se utilizan para alimentar pequeñas poblaciones muy alejadas de los grandes centros poblados o de producción de energía eléctrica. A Gas: Recientemente está cobrando mucho auge la implementación de generación en plantas donde el combustible que se quema para producir energía mecánica y posteriormente electricidad, es el Gas. Evidentemente su bajo costo, limpieza, reservas existentes y el incremento de las tarifas eléctricas, contribuyen favorablemente en el crecimiento y desarrollo de este otro tipo de generación.
Jonathan Gómez Durante los últimos 3 años se ha estado insistiendo en todas la instancias que es absolutamente imposible que cualquier Plan y/o campaña de ahorro de energía eléctrica pueda tener éxito en Venezuela, mientras siga impune el consumo clandestino de electricidad de grandes usuarios, simplemente porque a dichos usuarios no les afecta ninguna medida de este estilo, ya que su consumo seguirá aumentando sin ningún control mientras no sean detectados. El consumo clandestino de la electricidad o fraude eléctrico, también llamadas pérdidas no técnicas, pérdidas negras o "robos de luz", oscila entre el 30% y el 50% de la energía entregada a los usuarios, dependiendo de la región del país, alcanzando un promedio nacional del 30% (no incluye las pérdidas técnicas las cuales se ubican en un 10%). El mismo es provocado por consumos no previstos en los respectivos contratos de servicio suscritos con los usuarios de la energía eléctrica, mediante conexiones clandestinas o consumos indebidos no conocidos por la empresa eléctrica formal, los cuales, en
consecuencia, disminuyen sustancialmente la efectividad del proceso de recaudación de electricidad llevado a cabo por CORPOELEC..
Al respecto, es fundamental señalar que dada la magnitud de estos consumos clandestinos de electricidad, se ha podido determinar que las mismas están ubicadas en el grupo de grandes consumidores. La razón es matemáticamente explicable. Con respecto al sector residencial, un 20% de estos suscriptores consumen menos de 500 KWH (zonas populares) y solo un 2% de estas sustracciones clandestinas corresponden a este sector residencial de bajo consumo, vale decir, las zonas mas humildes, por lo que un plan para atacar este problema debe estar dirigido a un grupo muy reducido de establecimientos, locales y residencias (grandes consumidores) y no a los estratos populares de la población. Los elevados niveles de pérdidas de energía eléctrica inducen a la implantación urgente de un sistema de Gestión de Auditoría y Recuperación de Energía, con la suficiente autoridad y competencia, además de los recursos para llevar a cabo las acciones necesarias. Debe contar con el apoyo técnico de personal especializado, responsable de la recuperación, con experiencia y manejo de campo en auditoria y supervisión. Es necesario también contar con equipos capaces de detectar los fraudes, prevenirlos y subsanarlos. Febrero, 2014