Central de generación eléctrica para niños
Una central eléctrica es un lugar donde se produce energía eléctrica a gran escala. Imagina que es como una gran fábrica que convierte diferentes tipos de energía en la electricidad que usamos en nuestras casas, escuelas y ciudades.
La mayoría de las centrales eléctricas tienen uno o más generadores eléctricos. Estas son máquinas que giran y transforman la energía de movimiento (energía mecánica) en electricidad. Para que estas máquinas giren, se usan distintas fuentes de energía. Algunas centrales queman combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural. Otras usan energía nuclear, y cada vez más, se utilizan fuentes de energía renovable como la solar, la eólica y la hidroeléctrica.
Contenido
Historia de la energía eléctrica
Los primeros pasos de la electricidad
A principios de la década de 1870, un inventor de Bélgica llamado Zénobe Gramme creó un generador lo suficientemente potente como para producir electricidad para la industria. Esto fue un gran avance.
En 1878, en Inglaterra, el ingeniero Lord William Armstrong construyó la primera central hidroeléctrica. Usó el agua de los lagos para mover una turbina en su casa, Cragside. Esta electricidad se usaba para iluminar, calentar y hacer funcionar un elevador, facilitando muchas tareas.
En 1882, se inauguró en Londres la primera central eléctrica pública que usaba carbón. Fue un proyecto de Thomas Edison. Esta central, llamada Estación de Luz Eléctrica Edison, usaba una caldera y un motor de vapor para mover un generador. Suministraba electricidad a lugares cercanos, como el templo de la ciudad.
La "Guerra de las Corrientes"
En septiembre de 1882, Edison también abrió la estación de Pearl Street en Nueva York. Esta estación usaba motores de vapor para hacer girar generadores de corriente continua (CC). Sin embargo, la corriente continua solo podía viajar distancias cortas.
En 1886, George Westinghouse empezó a construir un sistema de corriente alterna (CA). Este sistema usaba transformadores para aumentar el voltaje y enviar la electricidad a largas distancias, y luego lo reducía para usarla en casas. Este método era más eficiente y económico.
La competencia entre la corriente continua de Edison y la corriente alterna de Westinghouse se conoció como la "Guerra de las Corrientes". Al final, la corriente alterna ganó, y es el sistema que usamos hoy en día.
Avances en el siglo XX
Durante las primeras décadas del siglo XX, las centrales eléctricas se hicieron más grandes y eficientes. Usaban vapor a mayor presión y se conectaban entre sí para ser más confiables. La transmisión de CA de alto voltaje permitió llevar la energía hidroeléctrica desde cascadas lejanas hasta las ciudades.
La llegada de la turbina de vapor alrededor de 1906 fue un gran cambio. Permitió construir generadores mucho más grandes, lo que aumentó enormemente la capacidad de producción de electricidad.
Tipos de centrales eléctricas
Existen diferentes tipos de centrales eléctricas, cada una con su propia forma de producir energía.
Centrales térmicas: calor para electricidad
En las centrales térmicas, se usa el calor para producir energía. Un motor térmico transforma el calor (a menudo de la quema de un combustible) en energía de rotación. La mayoría de estas centrales calientan agua para producir vapor, que luego mueve una turbina. Por eso, a veces se les llama centrales de vapor.
No todo el calor se puede convertir en energía útil; siempre hay algo de calor que se pierde en el ambiente. Si este calor se usa para calentar edificios o en procesos industriales, la planta se llama de cogeneración.
Fuentes de calor en centrales térmicas
- Centrales de combustibles fósiles: Queman carbón, petróleo o gas natural en una caldera para producir vapor. Este vapor mueve una turbina de vapor que a su vez hace girar un generador. Los gases que se producen al quemar estos combustibles incluyen dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y dióxido de carbono.
- Centrales nucleares: Usan el calor que se genera en el centro de un reactor nuclear mediante un proceso llamado fisión. Este calor también produce vapor para mover una turbina y un generador.
- Centrales geotérmicas: Aprovechan el vapor que sale de rocas calientes bajo tierra. Estas rocas se calientan por la descomposición de materiales radioactivos en la corteza terrestre.
- Centrales de biomasa: Queman materiales orgánicos como desechos de caña de azúcar, desechos sólidos municipales o metano de vertederos.
- Centrales solares térmicas: Usan la luz del sol para calentar agua y producir vapor. Esto se logra concentrando la luz solar con espejos o lentes.
Motores principales en centrales térmicas
- Turbinas de vapor: Son las más comunes en las grandes centrales. El vapor a presión las hace girar. Alrededor del 90% de la electricidad mundial se produce con turbinas de vapor.
- Turbinas de gas: Usan la presión de gases calientes (aire y productos de la combustión) para mover directamente la turbina. Pueden arrancar rápidamente, por lo que se usan para cubrir momentos de alta demanda de energía.
- Ciclo combinado: Combinan una turbina de gas y una turbina de vapor. Los gases calientes de la turbina de gas se usan para generar vapor para la turbina de vapor. Esto hace que la planta sea mucho más eficiente.
- Motores de combustión interna: Se usan en comunidades pequeñas o para dar energía de respaldo en hospitales y oficinas. Funcionan con diésel, petróleo pesado o gas natural.
Tipos de operación de centrales
Las centrales eléctricas se pueden clasificar por cómo se usan para satisfacer la demanda de electricidad:
- Plantas de carga base: Funcionan casi todo el tiempo para cubrir la demanda constante de electricidad. Son muy eficientes y tienen un bajo costo de combustible. Ejemplos son las grandes centrales de carbón, nucleares o hidroeléctricas con un suministro de agua constante.
- Plantas de pico: Se encienden solo por unas pocas horas al día, cuando la demanda de electricidad es muy alta. Son más caras de operar, pero son necesarias para asegurar que siempre haya suficiente energía. Las turbinas de gas son un ejemplo.
- Plantas de seguimiento de carga: Pueden ajustar su producción para seguir los cambios diarios y semanales en la demanda. Son más flexibles que las de carga base y menos costosas que las de pico.
Las fuentes de energía como la eólica y la solar no se pueden "programar" porque dependen del clima. Su energía se usa cuando está disponible.
Torres de enfriamiento
Todas las centrales térmicas producen calor residual como un subproducto. Las torres de enfriamiento ayudan a liberar este calor a la atmósfera. Las grandes torres de enfriamiento que parecen chimeneas (con forma de reloj de arena) liberan el calor evaporando agua. Otras torres de enfriamiento usan ventiladores para mover el aire.
En lugares donde el agua es escasa, se usan torres de enfriamiento secas o radiadores enfriados por aire, aunque son menos eficientes.
Sistemas de enfriamiento de un solo paso
Algunas centrales usan agua directamente del océano, un lago o un río para enfriarse. Esto puede ser más barato, pero el calor residual puede calentar el agua del río o lago, afectando a los animales acuáticos. Para evitar que los peces entren en la maquinaria, se usan rejillas especiales.
Energía a partir de fuentes renovables
Las centrales eléctricas también pueden generar energía usando fuentes renovables, que son más limpias y no se agotan.
Centrales hidroeléctricas
En una central hidroeléctrica, el agua que cae desde una altura (a menudo retenida por una represa) pasa a través de turbinas. La fuerza del agua hace girar las turbinas, que están conectadas a generadores para producir electricidad. La cantidad de energía depende de la altura del agua y de la cantidad de agua que fluye. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica del mundo.
Energía solar
La energía solar se puede convertir en electricidad de dos maneras:
- Células solares (fotovoltaicas): Convierten la luz del sol directamente en electricidad usando el efecto fotoeléctrico. No usan máquinas que giren.
- Centrales solares térmicas: Usan espejos para concentrar la luz del sol y calentar un líquido. Este líquido caliente hierve agua para producir vapor, que luego mueve una turbina y un generador.
Energía eólica
Las turbinas eólicas se usan para generar electricidad en lugares con vientos fuertes y constantes, a veces incluso en el mar. Las turbinas modernas son muy grandes y tienen tres aspas. Producen energía de forma económica y segura.
Energía marina
La energía marina aprovecha la energía del movimiento del agua en los océanos, como las olas, las mareas y las diferencias de temperatura. Esta energía se puede usar para generar electricidad. Los océanos tienen una gran cantidad de energía y están cerca de muchas poblaciones.
Ósmosis
La energía de la ósmosis se basa en la diferencia de salinidad entre el agua dulce y el agua de mar. El agua de mar y el agua dulce se mezclan a través de una membrana especial, lo que crea presión y hace girar una turbina para generar energía. Noruega está investigando este método.
Biomasa
La energía de la biomasa se produce quemando materiales orgánicos de desecho para calentar agua y producir vapor que mueve una turbina. También se puede procesar la biomasa para crear combustibles más densos que luego se usan para generar electricidad.
Centrales de almacenamiento de energía
Algunas centrales eléctricas están diseñadas para almacenar energía y liberarla cuando se necesita.
Almacenamiento por bombeo
La forma más grande de almacenamiento de electricidad es la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo. Funciona así: cuando hay un exceso de electricidad (por ejemplo, por la noche, cuando la demanda es baja), se usa esa energía para bombear agua desde un depósito inferior a uno superior. Cuando la demanda de electricidad es alta (durante el día), el agua del depósito superior se libera, cae y mueve una turbina para generar electricidad. Esto ayuda a equilibrar el suministro y la demanda de energía.
Capacidad de las centrales eléctricas
La energía que produce una central eléctrica se mide en vatios, generalmente en megavatios (MW) o gigavatios (GW).
- Los parques eólicos terrestres más grandes pueden generar cientos de MW. Por ejemplo, el parque eólico de Roscoe en Estados Unidos tiene 781.5 MW.
- Las plantas solares fotovoltaicas más grandes también alcanzan cientos de MW. La planta solar de la presa de Longyangxia en China tiene 850 MW.
- Las grandes centrales de carbón, nucleares e hidroeléctricas pueden generar desde cientos de MW hasta varios GW. La Presa de las Tres Gargantas en China, por ejemplo, tiene una capacidad de 22.5 GW.
- Las centrales de turbinas de gas pueden generar de decenas a cientos de MW.
La "capacidad nominal" de una central es la máxima energía que puede producir. Algunas centrales, como las de carga base, funcionan casi siempre a su máxima capacidad. Otras, como las que usan fuentes de energía intermitentes (solar, eólica), producen menos energía que su capacidad nominal porque dependen del clima. A veces, los operadores también producen menos energía por razones económicas, encendiendo las plantas más caras solo cuando la demanda es muy alta.
Operaciones en una central eléctrica
El personal que trabaja en una central eléctrica tiene tareas muy importantes. Son responsables de la seguridad de los equipos y de las personas que los reparan. Realizan inspecciones regulares y registran datos como temperaturas y presiones.
Los operadores también se encargan de encender y apagar los generadores según sea necesario. Deben asegurarse de que la electricidad que producen se ajuste perfectamente al sistema eléctrico general, sin causar problemas. Es crucial que conozcan bien todos los sistemas para solucionar cualquier inconveniente y mantener la central funcionando de manera confiable. Además, deben estar preparados para responder a cualquier emergencia.
Véase también
- Cogeneración
- Torre de enfriamiento
- Generación de electricidad
- Impacto de la generación eléctrica en el medioambiente
- Lista de las mayores centrales de energía del mundo
