• Author / Uploaded
• Juan Fernando

• Categories
• Energía eólica
• Vatio
• Aerogenerador
• Efecto invernadero
• Conservación de energía

Citation preview

CENTRALES ELÉCTRICAS I

Primera edición 2010

Alfredo Madrazo Maza Javier Balbás García

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética de la Universidad de Cantabria.

Título: "Centrales Eléctricas I" Autores: Alfredo Madrazo Maza y Javier Balbás García ISBN: 978-84-693-3339-6 Depósito Legal SA-612-2010 Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Santander Edita: Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Santander Primera edición, Julio de 2010 Escuela Técnica de Ingenieros de Caminos, C. y P. Avda. los Castros s/n 39005 Santander (Cantabria)

INDICE

INTRODUCCIÓN A LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

5

CENTRALES ELÉCTRICAS

5

SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

6

SUBESTACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

6

SUBESTACIÓN DE MANIOBRA

7

CENTRO DE TRANSFORMACIÓN

7

CLASIFICACIONES DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

8

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA (ENERGÍAS RENOVABLES)

11

MEDICIÓN DE LA ENERGÍA

12

POTENCIA Y SU MEDIDA

13

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL Y LA LLUVIA ÁCIDA

14

EFECTO INVERNADERO Y CAMBIO CLIMÁTICO

15

PARAMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

19

CARGA

19

DEMANDA

19

CURVAS DE CARGA

19

PARÁMETROS RELATIVOS A LA DEMANDA

21

PARÁMETROS RELATIVOS A LA PRODUCCIÓN

22

ASPECTOS ECONÓMICOS Y TÉCNICOS EN LA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD

24

ASPECTOS ECONÓMICOS

24

ASPECTOS TÉCNICOS

28

LA ENERGÍA EN ESPAÑA Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA

31

ENERGIA EÓLICA

35

BENEFICIOS

40

CRÍTICAS

41

ESTADISTICAS

41

ENERGIAS ALTERNATIVAS "EL HIERRO"

43

1

LA ENERGÍA SOLAR

45

CENTRAL TERMOSOLAR

50

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL TERMOSOLAR

54

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

55

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL FOTOVOLTAICA

58

ACTUALIDAD DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAÍCA

59

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DE LAS CENTRALES SOLARES

60

ENERGÍA DEL MAR

61

ENERGÍA MAREMOTRIZ

61

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL MAREMOTRIZ

62

ENERGIA DE LAS OLAS

64

ENERGÍA DE LAS CORRIENTES MARINAS

68

ENERGÍAS TÉRMICA Y OSMÓTICA DEL MAR

69

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA MARINA

69

ENERGIA GEOTÉRMICA

71

CAPTADORES GEOTERMICOS

72

CAPTADOR HORIZONTAL

72

CAPTADOR VERTICAL

73

BIOMASA

75

PROCESOS INDUSTRIALES

77

PROCESO DE COMBUSTIÓN

77

PROCESO DE GASIFICACIÓN

77

PROCESOS BIOQUÍMICOS Y QUÍMICOS

78

PROCESO PIROLISIS

79

TIPOS DE BIOCOMBUSTIBLES

80

APLICACIONES DE LA BIOMASA

83

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA BIOMASA

84

CENTRAL TERMICA CONVENCIONAL

87

IMPACTO DE LAS CENTRALES TÉRMICAS EN EL MEDIO AMBIENTE

89

COMENTARIOS

91

2

CENTRAL DE GAS DE CICLO COMBINADO

93

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL DE GAS DE CICLO COMBINADO

95

IMPACTO DE LAS CENTRALES DE CICLO COMBINADO EN EL MEDIO AMBIENTE

97

COMENTARIOS

98

CENTRAL DE COGENERACION

101

VENTAJAS

104

INCONVENIENTES

104

EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE COGENERACIÓN (HOSPITAL DE VALDECILLA, SANTANDER)

105

CENTRAL NUCLEAR

107

ENERGIA NUCLEAR EN EL MUNDO

108

FISIÓN NUCLEAR

109

FUSIÓN NUCLEAR

110

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL NUCLEAR

113

REACTORES NUCLEARES

115

COMPONENTES DEL NÚCLEO DEL REACTOR

117

FAMILIAS DE REACTORES NUCLEARES

120

MATERIALES, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA CENTRAL NUCLEAR

127

RESIDUOS RADIACTIVOS

138

ORIGEN DE LOS RESIDUOS RADIACTIVOS

139

CLASIFICACIÓN DE RESIDUOS RADIACTIVOS

140

REELABORACIÓN O REPROCESO

142

ALMACENAMIENTO DE RESIDUOS RADIACTIVOS

143

GESTIÓN, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE RESIDUOS RADIACTIVOS DE BAJA Y MEDIA ACTIVIDAD

151

TRANSPORTE DE SUBSTANCIAS RADIACTIVAS

153

IMPACTO DE LAS CENTRALES NUCLEARES EN EL MEDIO AMBIENTE

157

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

159

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

161

CLASIFICACIONES DE CENTRALES HIDRAÚLICAS

167

DISPOSICIONES GENERALES DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

174

APROVECHAMIENTO HIDROELÉCTRICO DE UN RÍO

177

MAGNITUDES CARACTERISTICAS DE UN APROVECHAMIENTO

180

3

POTENCIA Y RENDIMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

186

ENERGIA DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

188

ELEMENTOS DE LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS

189

ANEXOS

203

ECUACION DE CONTINUIDAD

203

ECUACIÓN DE BERNOUILLI

205

APLICACIONES DE BERNOUILLI

209

BIBLIOGRAFÍA

213

4

INTRODUCCION A LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

INTRODUCCIÓN A LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Un sistema eléctrico de potencia (S.E.P.) puede definirse como un conjunto de máquinas convertidoras, transformadoras, líneas y otros muchos elementos eléctricos convenientemente conectados y coordinados, mediante los cuales se genera, transporta, distribuye y utiliza la energía eléctrica.

Figura INT- 1 “Esquema general de un sistema de energía eléctrica”, fuente [48]

A continuación se presentan algunos de los componentes que forman un sistema eléctrico de potencia que pueden resultar interesantes para este tema.

CENTRALES ELÉCTRICAS

"Lugar y conjunto de instalaciones, incluidas las construcciones de obra civil y edificios necesarios, utilizados directa e indirectamente para la producción de energía eléctrica"

Es una instalación de producción de energía eléctrica que comprende los grupos generadores, la aparamenta asociada y la parte de las obras en las que está instalada. 5

INTRODUCCION A LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Figura INT- 2 "Vista de la central nuclear de Ascó" fuente [19]

SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Conjunto situado frente a la aparamenta eléctrica y edificios necesarios para realizar las siguientes funciones: o

Transformación de la tensión, de la frecuencia o del número de fases.

o

Rectificación (corriente alterna a continua).

o

Compensación del factor de potencia.

o

Conexión de uno o más circuitos.

(No están incluidos los centros de transformación)

SUBESTACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

Destinada a la transformación del nivel de tensión mediante uno o más transformadores cuyos secundarios se emplean en la alimentación

de otras

subestaciones o centros de transformación.

6

INTRODUCCION A LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Figura INT- 3 "Subestación transformadora"

SUBESTACIÓN DE MANIOBRA

Destinada a la conexión de dos o más circuitos y su maniobra.

CENTRO DE TRANSFORMACIÓN

Instalación de uno o varios transformadores reductores con la aparamenta y obras necesarias.

Figura INT- 4 "Centro de transformación sobre apoyo metálico"

7

INTRODUCCION A LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

La principal diferencia con las subestaciones eléctricas son la potencia y niveles de tensión nominales.

Centro alimentado por una línea de distribución en alta o media tensión, que reduce ésta a un valor de 230/400 V. y del cual parten las líneas de distribución en baja tensión.

CLASIFICACIONES DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS La primera clasificación será según la función que desempeña dentro del sistema de energía eléctrica. o

Central de base o centrales principales:

Suministran la mayor parte de la energía eléctrica 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 características, suelen ser cubiertas por centrales del tipo nuclear, térmica y en algunos casos hidráulicas 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 rápida, tanto en lo referente a la puesta en marcha como a la regulación de sus elementos. Por tales razones técnicas, suelen ser centrales del tipo hidráulico con embalse para su regulación 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 averías. No se deben confundir con las centrales de punta, pues el trabajo de las de reserva no es periódico sino ocasional.

Suelen utilizarse para esta finalidad las del tipo térmica de carbón (turbinas de vapor) o grupos diesel.

8

INTRODUCCION A LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

o

Centrales de socorro o de emergencia:

Tienen la misma finalidad que las anteriores. En este caso se trata de pequeñas centrales autónomas que pueden ser transportadas fácilmente (presentan movilidad), a los lugares donde se requiere su asistencia. Tienen rapidez de respuesta. Generalmente son grupos diesel. o

Centrales de acumulación o de bombeo: Son centrales hidroeléctricas que pueden aprovechar sus instalaciones, en momentos de poca demanda y coste eléctrico reducido, para recuperar el agua, utilizada anteriormente para la generación de electricidad, devolviéndola al embalse situado aguas arriba.

Una segunda clasificación será según el tipo de mando y control: o

Manual.

o

Semi-automática.

o

Automáticas.

Y una tercera clasificación según el tipo de energía primaria (carbón, agua, viento, etc.) que se utilice, dentro de las cuales se comentarán algunas variedades en sus procesos. La producción de electricidad se producirá en unas maquinas eléctricas denominadas generadores. Existen generadores síncronos y asíncronos, habitualmente para estos usos se utilizan los síncronos.

9

INTRODUCCION A LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

10

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA (Energías Renovables)

Las fuentes de energía comerciales más utilizadas actualmente en el mundo son el petróleo, el carbón, el gas natural, la energía hidráulica y la nuclear. Son los tipos de energía que hoy en día responden mejor, por su disponibilidad y costes de utilización, a las necesidades energéticas de la humanidad, y son las más conocidas por todos.

Las energías renovables, aunque cuantitativamente tienen hoy en el plano comercial una importancia relativa (salvo la hidráulica y la eólica), están llamadas a jugar un papel importante a medida que se vayan agotando las reservas de las energías fósiles.

Estas energías renovables utilizan como energía primaria la energía hidráulica (aprovechamiento de la energía del agua), la energía eólica (aprovechamiento del potencial de viento), la energía solar,

tanto en usos térmicos (calentamiento de

fluidos) como en usos fotovoltaicos (producción de energía eléctrica); la energía geotérmica; y las energías marinas (olas, mareas y corrientes marinas). Junto a estas modalidades, se incluye también la biomasa, la cual aunque en su uso emite CO2 , éste ha sido previamente fijado en el combustible, por lo que su balance global a este respecto se considera aproximadamente neutro.

De éstas, son conocidos los aprovechamientos de la energía hidroeléctrica para generación de electricidad y el uso de la biomasa en los países emergentes como Brasil. Aunque tradicionalmente constituyeron una pequeña parte de la aportación a los sistemas energéticos, desde finales de los años ochenta, con el desarrollo de nuevas tecnologías, como las de la energía eólica, la solar o la utilización de residuos urbanos, este tipo de energías incrementa paulatinamente su participación en el mercado de generación eléctrica.

Los países desarrollados comenzaron a impulsar este tipo de energías como consecuencia de la crisis de los hidrocarburos de los años setenta. Esta crisis había causado efectos negativos muy importantes en sus economías. En aquellos momentos, la participación del petróleo en los balances de energía primaria de estos países alcanzaba tasas mayoritarias del orden del 50% o más, en el caso de España

11

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA

el 70%; la elevación de los precios del petróleo era continua; había una incidencia muy negativa en sus balanzas de pagos, etc.

Los responsables de las políticas energéticas de estos países centraron su atención en el ahorro energético y, además, en la posibilidad del desarrollo de las energías renovables, por ser fuentes energéticas autóctonas y no agotables.

Más recientemente, durante la década de los noventa, el principal argumento para la promoción de estas energías ha sido el medioambiental. El objetivo de un desarrollo sostenible exigía, entre otras cosas, la limitación de emisiones de gases de efecto invernadero y, por ello, el cumplimiento del "Protocolo de Kyoto" es uno de los motivos que más se esgrimen para el fomento de estas energías.

Finalmente, entre otros motivos que justifican la promoción de este tipo de energías se puede mencionar el hecho de que favorecen un mayor enlace social y económico, como la fijación de población en áreas rurales; la creación de puestos de trabajo (en muchos casos en zonas no industrializadas); el desarrollo tecnológico y el de la industria de bienes de equipo.

MEDICIÓN DE LA ENERGÍA La energía tiene las mismas unidades que la magnitud trabajo. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de trabajo y de energía es el julio (J), definido como el trabajo realizado por la fuerza de 1 newton cuando desplaza su punto de aplicación 1 metro.

Para la energía eléctrica se emplea como unidad el kilovatio-hora (kWh) definido como el trabajo realizado durante 1 hora por una máquina que tiene una potencia de 1 kilovatio (kW). Su equivalencia es: 1 kWh = 3,6 x 106 J Para poder evaluar la denominada "calidad energética” de las distintas fuentes de energía se establecen unas unidades basadas en el poder calorífico de cada una de ellas.

12

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA

Las más utilizadas en el sector energético son: kilocalorías por kilogramo de combustible (Kcal/Kg); tonelada equivalente de carbón (tec); y tonelada equivalente de petróleo (tep).

Sus definiciones son:

-

Kcal/kg aplicada a un combustible, nos indica el número de kilocalorías que obtendríamos en la combustión de un kilogramo de ese combustible. 1kcal = 4,185 x 103 J

-

Tonelada equivalente de carbón (tec). Representa la energía liberada por la combustión de una tonelada de carbón tipo (hulla). 1 tec = 2,93 x 1010 J

-

Tonelada equivalente de petróleo (tep). Equivale a la energía liberada en la combustión de una tonelada de crudo de petróleo. 1 tep = 4,185 x 1010 J 1 tep = 107 kcal = 11700 kWh = 1,428 tec

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 máquina que realiza el trabajo de 1 julio en el tiempo de 1 segundo (su símbolo es W).

En el sector eléctrico se utilizan múltiplos de esta unidad: el kilovatio (kW), que equivale a 1.000 vatios; el megavatio (MW), que tiene 10 6 vatios; y el gigavatio (GW), que equivale a 109 vatios.

13

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA

El kilovatio hora (kWh) se usa para medir la energía producida o consumida por una instalación y el kilovatio (kW), para medir la potencia o capacidad.

El kWh es, por tanto, la energía producida o consumida por una instalación de potencia 1 kW, trabajando durante una hora.

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL Y LA LLUVIA ÁCIDA

Teniendo en cuenta que la naturaleza tiene su propia capacidad de auto depuración y reciclaje y que, por tanto, las emisiones, inmisiones o vertidos de productos contaminantes pueden variar de un lugar a otro afectando de forma diferente, la contaminación ambiental podría definirse como “la incorporación de sustancias o energía al medio por encima de su capacidad de asimilación o de recuperación”.

Un ejemplo de contaminación ambiental se puede encontrar en

las centrales

eléctricas al devolver al medio (río o embalse), el agua utilizada para refrigerar en el proceso de generación de energía. Se controla rigurosamente que esta agua no sea la causa de una variación significativa de la temperatura del medio.

Figura PFE- 1 “Formación de la lluvia ácida", fuente [19]

14

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA

Cuando esas sustancias o energía se introducen en la atmósfera de forma artificial en unas determinadas condiciones y por encima de los umbrales considerados límite, hablamos de contaminación atmosférica. Uno de los episodios más estudiados de contaminación atmosférica es la denominada lluvia ácida, que se produce al combinarse con el agua de las nubes los óxidos de nitrógeno y azufre, emitidos como resultado de la combustión de combustibles fósiles, y precipitar. Esta lluvia acidificada puede dañar de manera importante los bosques, ríos y lagos.

Entre los años 1960 y 1970 se observaron fuertes indicios de daños por acidificación en ecosistemas de ríos y lagos del Norte de Europa, por lo que se dio importancia a este tipo de contaminante y se introdujeron políticas y actuaciones tendentes a la prevención y control de este fenómeno, que condujeron al establecimiento de unos estrictos límites de emisión en las instalaciones de combustión que emiten contaminantes acidificantes vigentes en la actualidad.

El sector eléctrico español lleva trabajando muchos años en el campo de la contaminación atmosférica, y para evitar este fenómeno, las centrales térmicas de combustibles fósiles disponen de equipos de descontaminación para limpiar los gases de la combustión, y emplean cada vez más combustibles de mejor calidad ambiental.

EFECTO INVERNADERO Y CAMBIO CLIMÁTICO

El llamado efecto invernadero es un fenómeno natural que permite a los seres vivos la vida en el Planeta al mantener la temperatura en la superficie terrestre, reflejando parte de la radiación solar y devolviendo parte de la energía, reteniendo solamente la necesaria. Esta reflexión se produce por la existencia de una capa de gases de efecto invernadero que permite mantener el equilibrio térmico. Parte de las radiaciones se reflejan en la parte exterior de la capa de gases y parte la atraviesan, siendo estas últimas reflejadas, en parte, por la propia superficie terrestre y devueltas al espacio.

Aunque el clima mundial siempre ha evolucionado de forma natural, los científicos creen que esa capa de gases que envuelve el planeta presenta una concentración superior a los umbrales que se consideran naturales.

15

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA

Figura PFE- 2 “Efecto invernadero", fuente [19]

Figura PFE- 3 “Efecto invernadero", fuente [¡Error! No

se encuentra el origen de la referencia. ]

16

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA

Cuanto mayor es la concentración de CO2 en la atmósfera, mayor será la energía que se refleja, en la parte interna de la capa, en relación a la que se devuelve al espacio, con lo que aumenta la temperatura de la Tierra provocando cambios en el clima que no responden a pautas naturales. La producción de electricidad, al quemar combustibles como petróleo, carbón ó gas, que contienen carbono, está añadiendo un exceso de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Las concentraciones de CO 2 en la atmósfera a lo largo de los últimos 200 años han aumentado en casi una tercera parte, principalmente debido al empleo de combustibles fósiles y a la tala de bosques. Más de la mitad del efecto invernadero creado por el ser humano puede atribuirse al CO2 y tres cuartas partes de este CO2 proceden del uso de combustibles fósiles. La intensificación de este fenómeno ha provocado el consecuente aumento de la temperatura global, el derretimiento de los hielos polares y el aumento del nivel de los océanos.

Aunque hace más de una década que la alarma por el Cambio Climático había sido denunciada ante la opinión pública, la preocupación oficial no se inicia hasta la celebración, en 1992, de la Convención de las Naciones Unidas sobre el Clima, como consecuencia de la Conferencia de Río de Janeiro (Brasil). En ella, la mayoría de los países industrializados se comprometieron a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Este esfuerzo común internacional se ha plasmado en la firma del Protocolo de Kyoto en diciembre de 1997, que supone la aparición del primer instrumento legislativo de carácter vinculante para los firmantes, y mediante el cual, los países industrializados se comprometen a reducir un 5,2% sus emisiones de gases de efecto invernadero en el período 2008-2012, con respecto a los niveles de 1990.

Asimismo, establecen para ello una serie de mecanismos encaminados a la reducción más efectiva posible, creando mercados de permisos de emisión y toda una infraestructura administrativa para la obtención de créditos de emisión a través de transferencia de tecnologías limpias a los países en desarrollo. Si el protocolo de Kyoto fuera aceptado por la mayoría de los países, se habría alcanzado un gran hito en la forma de afrontar los problemas ambientales globalmente.

17

PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA

En el año 2001 en España, de acuerdo con los datos del Ministerio de Medio Ambiente, las emisiones de CO2 del Sector de la Transformación y Producción de Energía representaron el 27,7% del total, dentro del cual el Sector Transporte es responsable del 56,7%. En 2004, se ha aprobado un Plan de Asignación de Emisiones para los sectores industriales de nuestro país, y el Sector Eléctrico deberá continuar esforzándose en la solución de este problema.

Actualmente el cambio climático se perfila como el mayor reto ambiental para la humanidad. El desafío mundial para este milenio es satisfacer la creciente demanda de energía, limitando las emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente el dióxido de carbono (CO2), a través del desarrollo de políticas que orienten la economía y la sociedad hacia un consumo energético responsable, favoreciendo la eficiencia energética y haciendo un uso racional de la energía mediante el ahorro y la utilización de sistemas no contaminantes, especialmente fuentes limpias y renovables.

18

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

PARAMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

CARGA Se denomina carga al valor, en un instante dado, de la potencia absorbida o suministrada en un punto cualquiera del sistema eléctrico. La carga puede referirse a un aparato, una red, una central, o a un abonado, no es una magnitud constante sino que varía según el consumo.

Cuando el consumo es máximo y el valor de carga más elevado se denomina carga máxima o punta de carga.

DEMANDA La demanda de una instalación eléctrica receptora es el valor medio de la carga habitualmente en Kilovatios que absorbe durante un intervalo de tiempo determinado.

La principal característica de la demanda es su variación con el tiempo, sin embargo presenta una regularidad sobre la base de determinados ciclos temporales.

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

CURVAS DE CARGA

La representación y estudio de las curvas de carga dan una idea a las centrales eléctricas o al sistema eléctrico de generación, del consumo o potencia al cual se debe hacer frente en determinados periodos o momentos de tiempo.

Para determinar las variaciones de carga del sistema se suelen utilizar unos aparatos denominados registradores que imprimen

gráficas o datos donde se registran y

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

a. Curvas de carga diaria.

19

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

Son una representación, donde en ordenadas aparecen las potencias demandadas y en abscisas el tiempo (horas), en el cual tiene lugar dicha demanda.

POTENCIA (kW)

OTROS USOS

DOMÉSTICO

TIEMPO (Horas) 8:00 HORAS

21:00 HORAS

Gráfica PAG- 1 "Curva de carga diaria, para distintos usos"

b. Curva de demanda anual. POTENCIA

Pinstalada PMáxima

PMedia

P (t)

ENERGÍA ANUAL (EC)

0

8760

NÚMERO HORAS

Gráfica PAG- 2 "Curva de demanda anual"

20

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

También denominada curva monótona de carga, se obtiene de las curvas de carga diarias a lo largo de un año, sumando para cada nivel de potencia demandada el número de horas en que dicha potencia se ha igualado o superado

La información obtenida de la curva monótona será útil para programar la producción a lo largo del año.

Según se traten distintos periodos de tiempo o distintos parámetros relacionados con la carga, se obtendrán curvas que aporten una u otra información.

Del estudio de las distintas curvas de carga, entre las que se encuentran las tratadas anteriormente, se pueden deducir importantes conclusiones, entre las que se tienen: 

Para establecer el proyecto de la central eléctrica ha de tenerse en cuenta el tipo de demanda que habrá que cubrir dicha central y en qué condiciones (individualmente, en grupo, etc.)



El tipo o tipos de generadores más convenientes a utilizar para cubrir la demanda de potencia, trabajando a máximo rendimiento o rendimiento económico de explotación.

Nunca se proyectará un generador para trabajar a la potencia máxima del sistema, pues la mayoría del tiempo funcionaría a muy bajo rendimiento.

PARÁMETROS RELATIVOS A LA DEMANDA

a. Energía consumida durante el año (EC). A partir de la curva monótona, la energía anual será el área 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 máxima (Pmax). 21

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

Es la máxima 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 año.

Pmed 

Ec 8760

e. Factor de carga (m). Relación entre la energía consumida y la que se consumiría si el sistema absorbiera constantemente la potencia máxima.

m

f.

Pmed  8760 Pmed  Pmax  8760 Pmax

Factor de demanda o simultaneidad (s). Varía según el número de abonados y representa un valor que indica las probabilidades de conexión simultánea de los distintos receptores. s

Pmax Pinstalada

Nº Abonados

1

6

13

20

≥ 50

Factor (s)

1

0,8

0,6

0,5

0,4

Tabla PAG- 1 "Factor de simultaneidad en función del número de abonados"

PARÁMETROS RELATIVOS A LA PRODUCCIÓN

a. Potencia total de la central (Pt). Suma de las potencias nominales de los grupos generadores que componen la central eléctrica de producción.

b. Potencia disponible (PD).

22

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

Es la suma de las potencias nominales de los grupos generadores que se encuentran 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 revisión, avería, recarga, etc. dejando de generar total o parcialmente.

c. Factor de instalación (Fi) Relaciona la capacidad generadora de la central con el máximo consumo de los receptores. Fi 

Pt Pinstalada

d. Utilización anual (T). Es el número de horas anuales que la central debiera trabajar a plena carga (P t) para producir la misma energía que durante un año a carga variable.

T

E C Pmed  8760  Pt Pt

e. Factor de utilización (Fu) Es la relación entre el número de horas de utilización anual a plena carga respecto al número de horas del año.

Pmed  8760 Pt P T Fu    med 8760 8760 Pt

f.

Factor de reserva (FR) Es la relación entre el valor de la potencia total de la central y la potencia máxima demandada y representa la capacidad de generación de reserva de la central eléctrica.

FR 

Pt Pmax

Pt P F  inst  i Pmax s Pinst

23

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

El valor de la potencia total siempre debe ser mayor que el de la potencia máxima demandada, es más, en el caso de una única central se debiera aplicar el valor de la potencia disponible en lugar de la total, pues se debe asegurar el suministro en cualquier momento, incluidas reparaciones, averías, etc.

También se debiera tener en cuenta, si fuera el caso, la central eléctrica como parte integrada de un sistema eléctrico, donde las carencias de una las podrían suplir las otras, pudiendo entonces trabajar algunas de ellas sin reserva.

ASPECTOS

ECONÓMICOS

Y

TÉCNICOS

EN

LA

PRODUCCIÓN

DE

ELECTRICIDAD

Las compañías eléctricas se plantean la producción de energía eléctrica a partir de dos máximas: 

Desde el punto de vista económico, el de minimizar costes de producción.



Desde el punto de vista técnico, la posibilidad de afrontar demandas variables y crecientes con el tiempo, manteniendo la calidad en el servicio eléctrico.

ASPECTOS ECONÓMICOS

Los costes de la generación de electricidad se pueden clasificar en:

-

Costes de capital o costes fijos, derivados de la propia capacidad productora. Son constantes e independientes del número de horas de servicio, se reparten por igual durante la vida útil de la central o el tiempo estimado.

-

Costes de explotación o costes variables, debidos al combustible, energía primaria y mantenimiento de la instalación. Estos costes si varían, dependiendo del número de horas de servicio, de las variaciones del precio del combustible, mano de obra, etc.

24

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

Para establecer un método que nos permita estudiar las ventajas y desventajas económicas

de varias centrales eléctricas, se establecerán las siguientes

aproximaciones:

a) Los costes fijos son proporcionales a la potencia nominal total de la central eléctrica.

b) Estos costes fijos se mantienen constantes y se reparten equitativamente a lo largo de los años previstos, obteniéndose en coste fijo anual.

c) Los precios del combustible se mantendrán constantes según el periodo de tiempo estipulado (habitualmente 1 año) donde se aplicaría la inflación que se considere.

d) Los costes variables se supondrán proporcionales a la energía eléctrica producida (suponiendo que a mayor energía existirá un mayor mantenimiento de la planta).

Y con estas hipótesis, se obtiene:

C fijo anual = Pt p i (euros/año) Pt → potencia nominal de la central kW. p → precio del kilovatio instalado actualizado a la fecha de la puesta en servicio de la instalación o central (euros/kW). i → tasa de gastos fijos que representa la cantidad de dinero que hay que pagar anualmente por euro invertido (euros/año euros)

C variable anual = E c = Pt h c

(euros/año)

E → producción de energía durante un año (kWh/año). c → precio de la energía en barras de la central (euros/kWh).

25

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

h →

horas de utilización a máximo rendimiento, para producir la

totalidad de la energía generada en un año (horas/año).

Siendo el coste total la suma del coste fijo más el coste variable y será el coste necesario para mantener en servicio la central produciendo una energía anual E (kWh/año).

C Total anual = C f + C v = Pt p i + Pt h c Se define el coste anual por kilovatio instalado (C P) como: CP = C Total anual / Pt = p i + h c

Cp

hc

pi

h Gráfica PAG- 3 "Coste anual por kW instalado"

Se define el coste específico (Ce) (Gráfica PAG- 4) como el coste total del kilovatio hora producido, siendo:

Ce 

C t Pt  p  i  Pt  h  c p  i   c E Pt  h h

En el caso que se plantearan dos centrales con distintos costes fijos y variables las graficas podrían 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.

26

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

Ce

c h Gráfica PAG- 4 "Coste específico (Coste anual por kW producido) "

-

Coste variable de la central A es menos pronunciado que el de la central B, según aumentan las horas de funcionamiento h.

Si se representan las gráficas de ambas centrales existe un punto de corte que representa las horas de funcionamiento (h0) donde ambas tienen los mismos costes CP y Ce.

Cp

hB cB hA cA

pA iA pB iB

h0

h

Gráfica PAG- 5 "Cálculo de las horas de funcionamiento"

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

h0 

p A  i A  p B  iB CB  C A

27

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

El valor obtenido de h0 representa el valor frontera hasta el cual o a partir del cual puede resultar más interesante, desde el punto de vista económico, una central u otra.

En el caso anterior se tiene que para valores inferiores a h 0 resulta más rentable la central B, dado que el coste anual por kilovatio generado es menor. En cambio a partir de h0 es preferible la central A, tanto más cuanto más se aleje de dicho punto. Si en lugar de obtener h0 mediante la igualdad de los costes CP, se hubiera obtenido mediante la igualdad de los costes Ce, los resultados y el valor de h 0, hubieran sido los mismos.

Ce

Central B

Central A

h0

h

Gráfica PAG- 6 "Comparativa de centrales"

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

Cuanto mayor sea el factor de utilización "h", menor será el coste del kWh producido por la central (gráficas del coste Ce).



Cuando el sistema de generación este compuesto de varias centrales, se podrán establecer ciertos criterios para optimizar la producción del kWh.

ASPECTOS TÉCNICOS

Desde el punto de vista técnico, las centrales eléctricas cuentan con diversos tipos de grupo generador, los cuales se pueden estudiar atendiendo a las siguientes características: 28

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA



Características estáticas, las cuales están relacionadas con la capacidad de producción, entre la potencia máxima y el mínimo técnico1. Por ejemplo:

-

Las centrales térmicas permiten el funcionamiento entre la potencia máxima y potencia de mínimo técnico.

-

Las centrales hidráulicas pueden ver afectadas su producción por las variaciones del salto o la disponibilidad de agua en la cuenca.



Características dinámicas, las cuales hacen referencia a la capacidad de variar el valor de la potencia producida para afrontar cambios o variaciones de carga.

Serán mucho mayores en las centrales hidráulicas que en las térmicas o nucleares (en las térmicas se tiene una gran inercia en la caldera y complejo sistema de tuberías). Además, en las térmicas las variaciones de potencia producida producen dilataciones y expansiones con su correspondiente fatiga mecánica.

Características dinámicas importantes son las siguientes:

-

Duración de mantenimiento bien preventivo o por avería.

-

Tiempo de arranque mínimo, importante en situaciones de emergencia del sistema (las mejores son las de gas e hidraúlicas).

-

Estabilidad de regulación cuando aparecen desequilibrios entre la potencia generada y la potencia consumida.

Pero los aspectos técnicos, del tipo de generación empleada, también tienen repercusiones económicas, tal es el caso de:

-

Las características del paro y puesta en marcha del grupo generador (calor desperdiciado y combustible utilizado).

1

El mínimo técnico se define como la termodinámico estable.

potencia necesaria para mantener el proceso

29

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

-

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

Como planteamiento comparativo de las distintas centrales eléctricas, se presenta a continuación una valoración según los costes de instalación, combustible y energía producida para los distintos casos.



Coste instalación, el más significativo será el de las centrales nucleares, en oposición a las centrales térmicas de gas cuyo coste de instalación es mucho menor.



El coste del combustible es un valor muy fluctuante, así el coste de uranio, que en su día era significativamente económico, en la actualidad

se ha

incrementado notablemente. Del mismo modo tanto el gas como el petróleo están asociados a países de muy poca estabilidad política, con la consiguiente alteración de suministros y precio.

Ahora bien, lo que sí se puede confirmar, es que en condiciones normales, el coste más económico es el del agua y las energías renovables como el viento, la mar, el calor del sol y de la tierra. 

El coste de energía producida en kWh, también es favorable a las centrales hidroeléctricas, estando entre las menos favorecidas las térmicas de gas y al día de hoy donde las tecnologías no son todavía las óptimas, las centrales de energías renovables.

En este aspecto cabe destacar la importancia que toma en el coste de la energía producida, el haber superado el coste de las instalaciones, previsto en la vida útil de la central, caso especialmente significativo en las centrales nucleares.

30

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

LA ENERGÍA EN ESPAÑA Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA

En España, dada la falta de fuentes propias de materia prima del tipo al petróleo, gas, etc. se sufre una fuerte dependencia de terceros países en el abastecimiento energético, lo cual ocasiona una fuerte variación de precios en el mercado interno y con vistas a la exportación.

Alrededor de la segunda mitad del siglo pasado se crearon las centrales hidroeléctricas y nucleares que existen en la actualidad y hasta hace muy poco tiempo, lo más significativo en España como materia prima energética era el agua y el carbón de las minas de Asturias y León.

Actualmente, para cubrir el exceso de demanda energética, se está apostando por el gas como materia prima a importar de terceros (dado su menor impacto ambiental) y por la compra de energía eléctrica a países vecinos como Francia.

Europa considera que España tiene un potencial importante en energía eólica y solar, animando y subvencionando su implantación.

Por lo tanto, la ampliación de la generación eléctrica en España se fundamenta en la actualidad, en las centrales de turbinas de gas y en las energías renovables del tipo a la eólica, solar o las minicentrales hidroeléctricas.

Algunas asociaciones del mundo energético, están animando a la construcción de centrales nucleares debido a que son, dentro de las no renovables las que, con referencia al impacto ambiental, menos contaminan, aunque por otro lado sean las que más seguridad y control requieran. Presentándolas, como están realizando en otros países como Gran Bretaña, las compañeras de las centrales renovables y así suplir la carencia de estas últimas para hacer frente a la potencia demandada, siendo además esta última, una generación variable incapaz de presentarse como una central del tipo base o principal.

Por último, comentar que en España, se está impulsando la Eficiencia Energética, "La energía más segura en términos de suministro, más barata, y más respetuosa con el medio ambiente es aquella que no se consume".

31

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

La Eficiencia Energética debe ser una de las políticas clave para intentar conciliar las necesidades energéticas del mundo en desarrollo, que trata de impulsar el crecimiento y mejorar las condiciones de vida, con la necesidad de asegurar la sostenibilidad medioambiental.

El Plan de Acción para la eficiencia energética se publicó en octubre de 2006 con el objetivo de introducir medidas concretas que ayuden a conseguir el 20% de ahorro en 2020 y mantener la posición de Europa como una de las regiones más competitivas y eficientes en el uso de la energía.

El Plan de Acción plantea que la Eficiencia Energética debe controlar y reducir la demanda energética, para lo que se proponen acciones tanto en el lado de la demanda como en el de la oferta energética, incluyendo 10 acciones prioritarias: 

Etiquetado de aparatos y equipos y normas mínimas de eficiencia energética.

Figura PAG- 1 "Categoría según su eficiencia energética", fuente [20]



Establecer requisitos de eficiencia y construir edificios de muy bajo consumo de energía («viviendas pasivas»).



Aumentar la eficiencia de la generación y distribución de electricidad.

32

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA

La investigación en tecnologías de alta Eficiencia Energética y baja emisión de carbono constituye un mercado internacional que está cobrando importancia rápidamente y se espera que suponga miles de millones de euros en los próximos años.

Europa debe velar por que sus industrias estén a la cabeza mundial en estas nuevas generaciones de tecnologías y procedimientos.

El objetivo de esta iniciativa fue que el Libro Verde de Eficiencia Energética, y la dinámica posterior que pretendía crear, sirvieran para poner a la UE en vanguardia de los esfuerzos para hacer de la Eficiencia Energética una prioridad mundial. 

Consumo eficiente del combustible de los vehículos.



Facilitar una financiación adecuada de las inversiones en Eficiencia Energética para pequeñas y medianas empresas y empresas de servicios energéticos.



Estimular la Eficiencia Energética en los nuevos Estados Miembros.



Uso coherente de los impuestos.



Sensibilización respecto a la Eficiencia Energética.



Eficiencia Energética en zonas urbanizadas.



Impulsar la Eficiencia Energética en todo el mundo.

La Eficiencia Energética debe buscarse en toda la cadena de valor del sector energético, desde la generación, pasando por el transporte y la distribución (lado de la oferta) hasta el consumo final realizado por los usuarios (lado de la demanda). En cada uno de estos eslabones existe un potencial de mejora y por ello se han establecido medidas y políticas para impulsar la eficiencia y lograr el mejor uso de la energía. En el lado de la oferta energética existe un gran potencial de ahorro a través del impulso al desarrollo de unas tecnologías más eficientes energéticamente y con las menores emisiones posibles en:

33

PARÁMETROS Y ASPECTOS RELATIVOS A LA GENERACIÓN ELÉCTRICA



El transporte de la electricidad supone un 10% de pérdida de la energía producida en barras de central (2% para el transporte y 8% para la distribución).



La producción de electricidad supone unas pérdidas 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 generación termoeléctrica.



La cogeneración tiene también un potencial importante. En 2006, sólo el 13% de la electricidad consumida en la UE se producía aprovechando esta posibilidad.

Para la elaboración del Plan de Acción, la Comisión Europea estudió una serie de medidas aplicables con el objetivo de fomentar Eficiencia Energética en el lado de la demanda, determinando el ahorro potencial de cada una de ellas: 

Requerimientos de eficiencia energética en productos, servicios y edificios.



Mayor información y servicios a los ciudadanos.



Medidas sobre el transporte.



La mejora del (0,1 %) de las pérdidas cuantificadas en (22.404 10 6 KWh), supondría que, los honorarios del 4 % por ingeniería se valorarían en: 0,001 x 22.404 106 KWh/año x 0,11248 Є/KWh x 0,04 = 100.800 Є/año →

8400 Є/mes. ¡¡¡ Un buen sueldo !!!

34

ENERGÍA EÓLICA

ENERGIA EÓLICA

La energía eólica tiene su origen en el sol, ya que este es el responsable de que se produzca el viento.

Entre el 1 y el 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento. Si se aprovechara en su totalidad esto sería suficiente para abastecer cinco veces la necesidad energética mundial anual. Pero la tecnología actual solo permite aprovechar los vientos horizontales, próximos al suelo, siempre que su velocidad no sea demasiado elevada ni demasiado baja.

Una central eólica convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica.

Figura EOL- 1 " Torres aerogeneradoras", fuente [6]

Los aerogeneradores son los aparatos empleados para transformar la fuerza cinética del viento en electricidad.

El viento mueve un conjunto de aspas que van colocadas en el extremo superior de una torre a una determinada altura, más bien elevada para mejorar su rendimiento, debido a que a más altura, mayor velocidad del viento.

La torre soporta las hélices y la góndola con el mecanismo y suele medir entre 40 y 60 metros lo que equivale a un edificio de 15 plantas.

35

ENERGÍA EÓLICA

Se suelen colocar lejos de obstáculos como árboles o edificios que pueden crear turbulencias en el aire.

La mayoría de los generadores actuales son tripala ya que, al día de hoy, se ha demostrado que son los más eficientes debido a su menor rozamiento con el aire.

El material de las palas más usual es la fibra de vidrio y el poliéster, lo que permite una significativa reducción de peso, aumento de su resistencia y disminución del ruido generado.

Las palas se orientan y diseñan para optimizar el rendimiento o llegar a participar en la parada del sistema. También se las prepara para poder hacer frente a posibles problemas del tipo al de las sobretensiones atmosféricas.

En la "góndola" se encuentra el mecanismo rotor así como diversos aparatos de medición.

Figura EOL- 2 "Esquema de la góndola y accesorios", fuente [4]

Debido a la altura en la que se encuentra el generador y al rozamiento que el aire produce sobre éste, es conveniente que el equipo tenga una toma a tierra para evitar la electricidad estática. Del mismo modo se preparará la derivación a tierra del pararrayos ante una posible descarga atmosférica.

36

ENERGÍA EÓLICA

El anemómetro medirá la velocidad del aire asegurando el funcionamiento entre unos valores entre 5-20 m/sg.

Figura EOL- 3 "Esquema interno de la góndola", fuente [4]

Se denomina "Rotor"2 al conjunto formado por las palas y el eje al que van unidas, a través de una pieza llamada buje.

Una parte importante del sistema de transmisión es el "multiplicador de vueltas", que será el encargado de transmitir un número de revoluciones adecuado al generador, para el funcionamiento correcto de este3.

La máquina eléctrica encargada de la conversión de energía, tendrá acoplada a su salida un sistema eléctrico-electrónico de conversión, encargado de producir una señal eléctrica de buena calidad por debajo de 1 kV de alterna y preparada para la siguiente etapa de transformación.

La señal obtenida será nuevamente tratada para su transmisión y acoplamiento a la red eléctrica, para lo cual se utiliza un transformador eléctrico situado, en la mayoría de los casos, en la base de la torre eólica, con los adecuados sistemas de seguridad y protección. 2

No confundir con el rotor de la máquina eléctrica, incluido en el aerogenerador y encargado de generar la energía eléctrica. 3

Últimamente se está estudiando la sustitución del multiplicador de vueltas por la utilización de la máquina eléctrica multipolar y así reducir las pérdidas energéticas asociadas. 37

ENERGÍA EÓLICA

Posteriormente se transportará a la subestación eléctrica transformadora (Figura EOL4) si fuera necesario o la conexión con la red eléctrica próxima.

Figura EOL- 4 "Subestación eléctrica de una central eólica"

Dado el carácter aleatorio de la producción de energía eléctrica por vía eólica, las centrales de este tipo deben disponer de una fuente auxiliar para tener garantizado en todo momento el suministro de energía eléctrica en el centro de control.

Normalmente, los aerogeneradores se instalan agrupados en parques eólicos para aprovechar mejor las posibilidades energéticas del lugar, reducir costes y evacuar la energía desde un solo punto y reducir así el impacto ambiental.

Por lo general se suelen instalar en zonas de montaña aunque últimamente en muchos países (Norte de Europa)4 se están instalando parques en el mar, frente a las costas, ya que pese a su coste más elevado, la fuerza del viento también es mayor.

Dada la ubicación habitual de las centrales eólicas y el tamaño significativo de las torres, de las aspas, etc. cobra suma importancia, el coste del transporte y colocación (cimentación incluida) de los aerogeneradores, así como su conexión a la red eléctrica. De hecho en las ofertas de los proveedores siempre aparecen como "No incluidas".

4

La costa danesa y escandinava entre otras, posibilita la ubicación de este tipo de instalaciones dada la existencia de una plataforma continental más extensa que facilita la fijación de los aerogeneradores al fondo marino, siendo esta tarea una de las más problemáticas. 38

ENERGÍA EÓLICA

A continuación se presentan una serie de fotografías que aportan una idea de la magnitud de los elementos utilizados en la construcción de una torre aerogeneradora, así como de la dificultad de su transporte y necesidad de vías de acceso.

Figura EOL- 5 " Transporte especial, obra civil y presentación de torres eólicas", fuentes [58] [59] [60]

39

ENERGÍA EÓLICA

Posteriormente, se detallan

las dimensiones habituales de las torres eólicas

en

relación con la potencia del aerogenerador5.

Figura EOL- 6 "Dimensiones de los grupos aerogeneradores" fuente [19]

BENEFICIOS 

No produce emisiones dañinas para el medio ambiente.



El parque eólico español evita la emisión de 9.000.000 de toneladas de CO2 anuales.



Los parques eólicos son compatibles con otros usos (ganadería, agricultura,…)



En poco tiempo el aerogenerador recupera la energía gastada en su fabricación, instalación y mantenimiento.

5

Respecto a la relación dimensión-potencia mencionada cabe destacar el rápido avance tecnológico de la energía eólica y de su potencia generada para dimensiones cada vez menores. 40

ENERGÍA EÓLICA



Los aerogeneradores no requieren suministro de combustible por lo que son ideales para países en vías de desarrollo.



Su mantenimiento es escaso.

CRÍTICAS 

Respecto al posible impacto medioambiental: o

Los aerogeneradores provocan un gran impacto paisajístico.

o

Las hélices pueden provocar daños en las aves que chocan con ellas.

o

Contaminación acústica generada por el giro de las turbinas.

o

Los parques se instalan a menudo en zonas salvajes o vírgenes que quedan modificadas por las obras de instalación.



Alteraciones en la calidad del sistema eléctrico.

ESTADISTICAS

Gráfica EOL- 1 "Evolución de la potencia eólica en España" fuente [17]

41

ENERGÍA EÓLICA

42

"

ENERGIAS ALTERNATIVAS "EL HIERRO"

El nuevo planteamiento energético que se desea desarrollar en la isla de "El Hierro" del archipiélago canario, está fundamentado en una combinación de tecnologías de energías renovables que aporten autonomía a la demanda de energía eléctrica y así se sustituye el difícil abastecimiento eléctrico que significa el suministro a una isla alejada del continente.

Figura HIE- 1 "Descripción del plan energético de El Hierro", fuente: Suplemento XLSEMANAL nº 1.068.

El diseño del nuevo suministrador consistirá en las siguientes partes: 

Planta desaladora: instalada junto a la playa, la cual se encargará de eliminar la sal del agua marina para imposibilitar su entrada en el circuito de la central y así evitar la corrosión de los distintos mecanismos.

43

"



Depósito de almacenamiento inferior: provisto de un volumen de 225.000 m 3. Aquí, el agua desalada será acumulada hasta que llegue un momento de superávit energético, momento el cual la electricidad será utilizada para bombear agua hacia el depósito superior.



Central de bombeo: se encarga de bombear del depósito inferior al superior.



Depósito superior o embalse: con un volumen de 500.000 m 3, previsto para cubrir la demanda de la población estimada para el año 2030. El salto de agua aprovechable es de unos 682 metros.



Central hidro-eólica: una central de 9,9 MW de potencia. Se calcula que el agua acumulada en el depósito superior genera electricidad necesaria para una semana. A partir de esta semana si fuera necesario se pondría en funcionamiento la central diesel convencional.



Parque eólico: instalación no muy grande provista inicialmente de una decena de aerogeneradores que ofrecen una potencia conjunta de 10 MW, potencia que en un principio se considera suficiente.



Central diesel: con una potencia de 11,36 MW, abastece en la actualidad la demanda eléctrica de la isla. Cuando el sistema “limpio y renovable” comience a funcionar, quedará relegada a una central de punta o de emergencia (si no hay viento, ni agua en el depósito superior, se activará).

44

ENERGÍA SOLAR

LA ENERGÍA SOLAR

El Sol es una esfera gaseosa, formada fundamentalmente por helio, hidrógeno y carbono. Su masa es del orden de 330.000 veces la de la Tierra. Se estima su edad en unos 6.000 millones de años y en la misma magnitud se calcula su probable duración de vida. A escala humana, su radiación puede considerarse prácticamente inagotable.

En el seno del Sol se producen continuas reacciones nucleares de fusión en las que el hidrógeno se transforma en helio, liberándose en esta reacción nuclear la correspondiente cantidad de energía. Por tanto, el Sol se comporta como un reactor nuclear que “quema” masa y la convierte en energía de acuerdo con la fórmula E=mc2. Una parte de ella se recoge en la cara iluminada de la Tierra, a la cual llega en forma de radiación.

La radiación solar es casi fija en el exterior de la atmósfera terrestre. Se llama constante solar y vale I=1.350 W/m 2. No toda esta energía llega a la superficie terrestre, ya que al atravesar la atmósfera pierde intensidad debido a la absorción, difusión y reflexión por acción de los gases, vapor de agua y partículas en suspensión que tiene nuestra capa atmosférica.

Figura SOL- 1 "Filtraje de la radiación solar en W/m2 y porcentaje", fuente [4]

45

ENERGÍA SOLAR

Por tanto, la radiación global que recibe la Tierra del Sol, se divide en:

-

Radiación directa, que es la que atraviesa la atmósfera sin sufrir cambio alguno la dirección.

-

Radiación dispersa o difusa que es la recibida después de los fenómenos de reflexión y difusión.

La energía solar que finalmente llega a la Tierra en forma de radiaciones es enorme, aunque su densidad media a lo largo del año es baja: un promedio de unos 100 W/m 2 en la zona Norte de Europa, y de unos 200 W/m 2 en el sur de nuestro continente.

Por tanto, este recurso energético en España es importante. A título únicamente anecdótico, podría decirse que la energía eléctrica total consumida en un año en la Península equivaldría a la energía solar que se recibe en un área de 2.000 Km2.

Sin embargo, el carácter aleatorio y muy disperso de esta energía tiene numerosas limitaciones a la hora de su aprovechamiento.

Figura SOL- 2 "Mapa de líneas isoenergéticas solares (KWh anuales por m2 de superficie)", fuente [4]

46

ENERGÍA SOLAR

En el gráfico adjunto se refleja un mapa de España con las líneas iso-energéticas solares6, y en donde se pueden apreciar los valores medios registrados en nuestra geografía.

En la actualidad existen dos vías principales de aprovechamiento de la energía solar, la energía térmica y la energía fotovoltaica.

ENERGIA SOLAR TERMICA

El aprovechamiento de la energía solar térmica consiste en utilizar la radiación del Sol para calentar un fluido que, en función de su temperatura, se emplea para producir agua caliente, vapor o energía eléctrica. Tiene así lugar una absorción de energía solar y su transformación en calor.

Los sistemas de aprovechamiento de la energía solar por vía térmica se suelen dividir en tres grupos:

1. Sistemas de utilización de energía solar a baja temperatura, en los que el calentamiento del agua se produce por debajo de su punto de ebullición, es decir, de 100 ºC. La mayor parte de los equipos basados en esta tecnología se aplican a la producción de agua caliente sanitaria y a climatización.

Figura SOL- 3 "Edificio dotado con placas solares", fuente [12]

6

Definidas como las líneas con igual radiación solar. 47

ENERGÍA SOLAR

Para estas temperaturas se utilizan como equipos de captación los llamados "colectores planos solares", que son instalaciones muy sencillas que se sitúan en los tejados de los edificios o en lugares despejados, de forma que puedan recibir las radiaciones solares directamente y transmitirlas en forma de calor a un fluido (Figura SOL- 3).

Estos paneles constan, fundamentalmente, de los siguientes elementos (Figura SOL- 4):

-

Una superficie captadora de la radiación solar que está constituida, normalmente, por un material metálico de color negro (para temperatura