miércoles, 15 de abril de 2009

Energía eléctrica mediante energía térmica.

En este punto vamos a exponer algunos conceptos fundamentales sobre la generación de energía eléctrica mediante energía térmica. En la actualidad, éste es el procedimiento mediante el cual se genera la mayoría de la electricidad.
Los equipos en los cuales se realiza esta conversión energética se denominan centrales termoeléctricas1. Las comúnmente denominadas centrales térmicas convencionales (de carbón,
fueloil, o gas), las centrales nucleares, las centrales geotérmicas, las centrales para el aprovechamiento de la energía térmica de los océanos, las centrales de biomasa con conversión térmica y las centrales termosolares, todas ellas son centrales termoeléctricas, y tienen muchos elementos y tecnología en común.

En una central termoeléctrica, partiendo de una fuente de energía primaria que puede ser la energía química de un combustible fósil, la energía nuclear, la energía química contenida en la biomasa, o la energía solar incidente en la tierra en forma de radiación electromagnética, después de un transporte y acondicionamiento adecuado de la energía primaria, mediante un generador de energía térmica específico de cada fuente energética, se transforma la energía primaria en energía térmica al aumentar la temperatura de un fluido de trabajo (aire, agua, aceite, metales líquidos, helio, ...).
El generador de energía térmica es el elemento diferenciador entre las centrales termoeléctricas alimentadas por distintas fuentes de energía primaria. En una central térmica convencional es la caldera de combustible fósil, en una central nuclear es el reactor nuclear, en una central de biomasa es la caldera de biomasa, y en una central termosolar es el campo de colectores solares. El resto de elementos de las distintas centrales termoeléctricas son idénticos o muy parecidos.
Posteriormente, la energía térmica producida se transfiere total o parcialmente mediante intercambiadores de calor al fluido de trabajo (generalmente aire o agua) de un ciclo termodinámico de potencia, en el cual, siguiendo procesos parecidos para todas las fuentes de energía primaria, se convierte la energía térmica en energía mecánica. Posteriormente, mediante
un generador eléctrico se transforma la energía mecánica en eléctrica. Una vez descontados los consumos de energía eléctrica de la propia central y las pérdidas asociadas al transporte y distribución de esta energía eléctrica desde la central hasta los puntos de consumo, nos queda la
energía eléctrica útil para consumo.

Desde el punto de vista de la eficiencia en el uso de la energía, cada uno de los componentes de una central termoeléctrica se caracteriza por un rendimiento energético, definido como el cociente de la energía útil que sale del mismo entre la energía que entra en el mismo. El complemento respecto a la unidad del rendimiento de un componente, es el porcentaje de la energía de entrada que se pierde en el proceso de transformación energética que tiene lugar en el mismo. El producto de los rendimientos de todos los componentes de la central termoeléctrica
nos proporciona el rendimiento global de la central, que será por tanto el cociente entre la energía eléctrica producida y la energía primaria empleada en la central (fósil, nuclear, biomasa, o solar). Al hablar del rendimiento de la central se manejan dos conceptos: el rendimiento bruto y el rendimiento neto. El rendimiento bruto, lleva en el numerador el total de la energía eléctrica
generada por la central. Por el contrario, el rendimiento neto emplea en el numerador la energía
eléctrica generada menos la necesaria para el funcionamiento de la central termoeléctrica, que
es la energía eléctrica útil que sale de la central.
Mediante el adecuado uso simultáneo de varias fuentes de energía primaria en una central termoeléctrica (hibridación) es posible mejorar los rendimientos de conversión energética de distintos componentes de la central, y por tanto mejorar la eficiencia energética con la que se usan los recursos. Posteriormente discutiremos con más detalle los aspectos relacionados con la hibridación.
Por ahora nos vamos a ocupar de la eficiencia con la que se realizan las transformaciones energéticas en los distintos componentes de la central. Sin embargo, desde el punto de vista de eficiencia energética global, lo que resulta interesante es comparar las eficiencias energéticas en todo el ciclo de vida y operación de una central. En efecto, una central termoeléctrica presenta otros consumos energéticos implícitos que van más allí de los que ocasionan la diferencia entre el rendimiento bruto y el neto que hemos comentado anteriormente. En efecto, la extracción del combustible, su transporte hasta la central, la construcción de los equipos y edificaciones de la central, el transporte y disposición de los residuos, la eliminación de los impactos medioambientales ocasionados, y la disposición de la central al final de su vida útil, todos ellos suponen consumos energéticos adicionales a considerar al llevar a cabo una comparación energética global de distintas tecnologías de generación de electricidad.
Resulta útil tener una idea de los mecanismos de pérdida energética de los distintos componentes de la central termoeléctrica para, por un lado identificar aquellos puntos en los que
es más provechoso introducir medidas para mejorar la eficiencia, y por el otro ser conscientes de
las limitaciones físicas y tecnológicas impuestas a los distintos procesos de conversión energética. Es importante tener presente que la bondad relativa de los distintos componentes de la central termoeléctrica no viene dada por la comparación de sus rendimientos energéticos. En efecto, la calidad de las distintas formas de energía presentes en los procesos de transformación energética de una central termoeléctrica puede ser muy distinta, por lo que una comparación en términos de rendimientos energéticos no permite una comparación directa de distintos componentes de la central. En termodinámica existe otra magnitud distinta de la energía, la exergía, que se adapta mejor a este propósito, pero sin necesidad de recurrir a ella, en lo que sigue vamos a presentar algunos argumentos que permitan entender los fundamentos físicos de los diversos procesos de conversión energética en una central termoeléctrica.

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