plantas termoelectricas. una central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada...
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PLANTAS TERMOELECTRICAS
• Una central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor, la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera. En este caso el energético puede ser carbón, gas natural o derivados del petróleo, tales como el gas. Una central termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste.
• El funcionamiento es simple se ocupa el combustible para calentar agua hasta llevarla a la ebullición (agua al 100% pura para evitar humedad ya que ocupa un vapor seco para evitar oxidación en la turbina de generación) este vapor que obtenemos por el agua, acciona una turbina para generar un movimiento, este movimiento se usa para la generación eléctrica. Estas centrales utilizan el poder calorífico de combustibles derivados del petróleo, para producir vapor con temperaturas del orden de los 520°C y presiones entre 120 y 170 kg/cm², para impulsar las turbinas que giran a 3600 r.p.m. (revoluciones por minuto).
• Las centrales térmicas utilizan como combustible carbón, fuel o gas como ya se menciono y cuya combustión afecta de diversas maneras al medio ambiente. Los productos y residuos volátiles que se difunden en la atmósfera son principalmente el dióxido de carbono, vapor de agua, oxido de azufre y de nitrógeno, que son la causa de una serie efectos perjudiciales, entre los que se pueden citar el Efecto invernadero y Lluvia ácida
• En México el 75% de la electricidad se genera a base de combustibles fósiles utilizados en plantas o centrales termoeléctricas (que producen calor y vapor para mover los generadores). La Comisión Federal de Electricidad es la empresa del Estado que se encarga de la generación, transmisión, distribución y comercialización de energía eléctrica en el país
• La capacidad de generación cuenta con 177 centrales generadoras de energía, lo que equivale a 49,854 MW (Mega watts), incluyendo a aquellos productores independientes que por ley están autorizados para generarla las termoeléctricas producen el 44.82%.
• Las Termoeléctricas más importantes son la de Tuxpan, en Veracruz que tiene 2,200 MW de capacidad de generación de energía eléctrica, la de Tula Hidalgo, que produce 1546 MW, seguida de la de Manzanillo, con 1,200 MW.
PLANTAS TERMOELÉCTRICAS DE GAS
• Este tipo de centrales se caracteriza por tener una turbina especialmente diseñada para transformar la combustión de un gas a alta presión en el movimiento de un eje solidario al rotor del generador, con la consiguiente generación de energía eléctrica. Un dibujo simplificado de los elementos que participan en el proceso que se lleva a cabo en este tipo de central se presenta en la figura.
PLANTAS TERMOELECTRICAS DE CICLO COMBINADO
• Son un tipo de central que utiliza gas natural, gasóleo o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina de gas. Luego los gases de escape de la turbina de gas todavía tienen una elevada temperatura, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez de vapor. Cada una de estas turbinas está acoplada a su correspondiente alternador para generar la electricidad como en una central termoeléctrica clásica.
• Normalmente durante el proceso de partida de estas centrales, sólo funciona la turbina de gas, a este modo de operación se le llama ciclo abierto. Si bien la mayoría de las centrales de este tipo pueden intercambiar de combustible (entre gas y diésel) incluso en funcionamiento. Al funcionar con petroleo diésel ven afectada su potencia de salida (baja un 10% aprox.), y los intervalos entre mantenimientos mayores y fallas, se reducen fuertemente.
• Como la diferencia de temperaturas que se produce entre la combustión y los gases de escape es más alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 55%.
PLANTAS NUCLEOELECTRICAS
• Un reactor nuclear es un enorme recipiente dentro del cual se está efectuando una reacción de fisión en cadena de manera controlada. Está colocado en el centro de un gran edificio de gruesas paredes de concreto, que protegen al personal que lo opera y al público en general de la radiactividad que produce. Básicamente un reactor consta de tres elementos esenciales: combustible, moderador y refrigerante.
• En las centrales nucleares el calor se obtiene a partir de la fisión del uranio, no se genera combustión, por analogía con las centrales convencionales se le denomina combustible nuclear. Como combustible se utiliza Uranio, como moderador y refrigerante agua.
Una central de este tipo utiliza combustible “nuclear”, esto es, material que contiene
núcleos fisionables (es decir que se pueden ‘partir’); en lugar del combustible “convencional”.
El Uranio 235 es un material fisionable, como así también el plutonio, pero del uranio
natural que se extrae de las canteras sólo una parte en 140 es uranio 235, el resto es
inutilizable. Un reactor puede funcionar tanto con uranio natural (escaso material fisionable)
como con uranio enriquecido, -al cual se lo ha tratado especialmente para aumentar su
rendimiento (mayor proporción de U.235)-.
El calor para generar vapor proviene del proceso de fisión. La fisión comienza cuando
un neutrón a gran velocidad choca contra un núcleo, el núcleo no puede albergar el neutrón
extra y se parte formando dos núcleos más pequeños. Al mismo tiempo se liberan varios
neutrones que van a chocar contra otros núcleos, que a su vez se rompen y liberan más
neutrones, y así sucesivamente. Dado que el primer neutrón desencadena una serie de fisiones,
este procedimiento se denomina reacción en cadena. Así, se puede generar una enorme
cantidad de energía y de calor en una fracción de segundo.
El núcleo del reactor se encuentra rodeado de una sustancia llamada moderador que se utiliza para frenar la velocidad de los neutrones hasta llevarlos a la energía térmica (una velocidad aprox. 3.700 m/s, a una temperatura de 290 grados C) y aumentar la probabilidad de choque con otros núcleos. En los reactores que utilizan uranio enriquecido como elemento combustible se utiliza agua común o grafito como moderador, en cambio en los reactores que utilizan uranio natural, (menos cantidad de núcleos fisionables) se utiliza agua pesada
Los neutrones provenientes de la fisión tienen una gran velocidad, con la cual es más difícil hacerlos chocar contra otros núcleos, por lo tanto es necesario frenarlos mediante choques con otras sustancias capaces de extraerles energía sin absorberlos. Esta función es, en parte, cumplida por el agua pesada que es aproximadamente 100 veces mas absorbente que el agua normal, por eso se la emplea con uranio natural, deficiente en uranio-235. En cambio, con uranio enriquecido, con el cual se generan más neutrones, se puede usar agua común. El uso del agua como moderador, en lugar del grafito utilizado en algunos modelos de reactores soviéticos como el de Chernobyl, reduce el riesgo de incendio.
Dentro del núcleo se insertan, con el fin de controlar la potencia de la fisión, las denominadas ‘barras de control’. Estas barras son generalmente de cadmio, un material que absorbe los neutrones que chocan contra ellas durante el proceso de fisión evitando que progrese la reacción en cadena.
SEGURIDAD
Un principio básico en el diseño de centrales nucleares es su seguridad redundante. Para disminuir la probabilidad de que la radioactividad de los productos de fisión se libere al medio ambiente y llegue al publico, se aplica el concepto de barreras múltiples. El material radioactivo (pastillas de dióxido de uranio) se encuentra aislado del medio ambiente por 3 barreras:
1. Las vainas de zircaloy que componen los elementos combustibles. (Fuel cladding)
2. El recipiente del reactor. (Reactor pressure vessel)
3. El edificio de contención. (Containment)
NUCLEOELECTRICA EN MEXICO
• Dispone de 370 hectáreas localizadas sobre la costa del Golfo de México, en el km 42.5 de la carretera federal Cd. Cardel-Nautla, municipio de Alto Lucero; a 60 km al noreste de la ciudad de Xalapa, a 70 km del puerto de Veracruz y a 290 km al noreste del Distrito Federal.
• La central consta de dos unidades, cada una con capacidad de 682.44 megavatios, equipadas con reactores del tipo agua hirviente y contenciones de ciclo directo. El sistema nuclear de suministro de vapor fue adquirido a General Electric y el Turbogenerador a Mitsubishi Heavy Industries.
PLANTA GEOTERMOELÉCTRICA
• En muchos lugares de la Tierra se producen fenómenos geotérmicos que pueden ser aprovechados para generar energía útil para el consumo. Estas fuerzas se desarrollan en el interior de la corteza terrestre, normalmente a profundidades de 50 km, en una franja llamada sima o sial; algunas de sus manifestaciones sobre la superficie son los volcanes activos.
• Conforme descendemos hacia el interior de la corteza terreste se produce un aumento gradual de temperatura, estimado en 1 grado cada 37 metros de profundidad. Sin embargo, en determinadas zonas de nuestro planeta, por ejemplo en algunas islas volcánicas de Canarias, las altas temperaturas se encuentran a nivel de la superficie. En estos casos, es cuando una instalación geotérmica resulta más rentable.
• Para aprovechar la energía geotérmica se recurre a sistemas similares a los empleados en energía solar con turbina, es decir, calentamiento de un líquido que puede tener distintas aplicaciones, pero que habitualmente se destina a producir vapor con el que se da impulso a la turbina, que a su vez mueve un generador eléctrico.
• Los sistemas geotérmicos producen un rendimiento mayor con respecto a otros sistemas, y además tienen un costo de mantenimiento menor. De hecho, la única pieza móvil de una central geotérmica es el sistema de turbina-generador, y por tanto todo el conjunto tiene una vida útil más larga. Además, la energía utilizada está siempre presente, lo cual apenas implica variaciones, como sucedería en otros sistemas que dependen, por ejemplo, del caudal de un río o del nivel de radiación solar.
• El funcionamiento de una central geotérmica es bastante simple: consta de una perforación practicada a gran produndidad sobre la corteza terrestre (unos 5 km), con objeto de obtener una temperatura mínima de 150º C, y en la cual se han introducido dos tubos en circuito cerrado en contacto directo con la fuente de calor.
• Desde la superficie se inyecta agua fría a través de uno de los extremos del tubo, la cual se calienta al llegar al fondo formando vapor de agua y regresando a chorro a la superficie a través del otro tubo. En el extremo de éste está acoplada una turbina-generador que suministra la energía eléctrica para su distribución. El agua enfriada es devuelta de nuevo al interior por el primer tubo para repetir el ciclo.
HIDROELÉCTRICAS
• Las centrales hidroeléctricas utilizan la energía potencial del agua como fuente primaria para generar electricidad. Estas plantas se localizan en sitios en donde existe una diferencia de altura entre la central eléctrica y el suministro de agua. De esta forma, la energía potencial del agua se convierte en energía cinética que es utilizada para impulsar el rodete de la turbina y hacerla girar para producir energía mecánica. Acoplado a la flecha de la turbina se encuentra el generador, que finalmente convierte la energía mecánica en eléctrica.
• Una característica importante es la imposibilidad de su estandarización, debido a la heterogeneidad de los lugares en donde se dispone de aprovechamiento hidráulico, dando lugar a una gran variedad de diseños, métodos constructivos, tamaños y costos de inversión.
• Las centrales hidroeléctricas se pueden clasificar de acuerdo con dos diferentes criterios fundamentales:
• 1. Por su tipo de embalse.2. Por la altura de la caída del agua.
• Actualmente 57 plantas hidroeléctricas estan produciendo energía eléctrica y 7 centrales hidroeléctricas estan fuera de servicio.
TURBO GAS
• La generación de energía eléctrica en las unidades de turbogas, se realiza directamente la energía cinética resultante de la expansión de aire comprimido y los gases de combustión. La turbina está unida al generador de rotor, dando lugar a la producción de energía eléctrica. Los gases de la combustión, se descargan directamente a la atmósfera después de trabajar en la turbina.
• Estas unidades utilizan el gas natural o diesel como combustible. Desde el punto de vista operativo, el breve tiempo de arranque y la variación a la inconsistencia de la demanda, la turbina de gas satisface cargas de suministro y capacidad de el sistema eléctrico.
GENERACIÓN
IMPACTO AMBIENTAL GENERAL
• El problema de la contaminación es máximo en el caso de las centrales termoeléctricas convencionales que utilizan como combustible carbón. Además, la combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y ácidos de azufre. En las de fuel oil 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, una central térmica emite aproximadamente:
VENTAJAS
• 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 eficientes (alcanzan el 50%) que una termoeléctrica convencional, aumentando la energía eléctrica generada (y por tanto, las ganancias) con la misma cantidad de combustible, y rebajando las emisiones citadas más arriba en un 20%, 0,35 kg de CO2, por kWh producido.
DESVENTAJAS
• El uso de combustibles fósiles genera emisiones de gases de efecto invernadero y de lluvia ácida a la atmósfera, junto a partículas volantes (en el caso del carbón) que pueden contener metales pesados.
• Al ser los combustibles fósiles una fuente de energía finita, su uso está limitado a la duración de las reservas y/o su rentabilidad económica.
• Sus emisiones térmicas y de vapor pueden alterar el microclima local.
• Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de agua caliente en estos.
• Su rendimiento (en muchos casos) es bajo (comparado con el rendimiento ideal), a pesar de haberse realizado grandes mejoras en la eficiencia (un 30-40% de la energía liberada en la combustión se convierte en electricidad, de media).