Termoeléctrica

LABORATORIO

DE

ENERGÍAS ALTERNAS

INFORME

PROTOCOLO 6

“Termoeléctrica”

Índice

PROTOCOLO 6: “Termoeléctrica” 1

1. Introducción. 1

1.1. Centrales termoeléctricas de ciclo convencional 1

2. Objetivos 2

2.1. Objetivos particulares. 2

3. Desarrollo de las Actividades. 2

3.1. Diagrama de Desarrollo de las actividades de la práctica. 2

3.2. Actividades. 3

4. Conclusiones 11

5. BIBLIOGRAFÍA 12

Índice de Tablas

Tabla 1. Caracterización de la generación de electricidad y su consumo por grandes regiones. 5

Tabla 2. Potenciales impactos negativos - Medidas de atenuación 6

Tabla 3. Clasificación de las centrales termoeléctricas. 8

Tabla 4. Principales centrales termoeléctricas en México 9

Índices de Figuras

Figura 1. Esquema de la cogeneración vs generación de la energía eléctrica convencional. 4

Figura 2. Distribución de las principales centrales de generación de energía eléctrica, por tipo de tecnología. 9

Figura 3. Consumo de combustibles fósiles para la generación de energía eléctrica: pronóstico para 2014 10

PROTOCOLO 6: “Termoeléctrica”

1. Introducción.

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. Algunas centrales termoeléctricas contribuyen al efecto invernadero emitiendo dióxido de carbono. No es el caso de las centrales de energía solar térmica que al no quemar ningún combustible, no lo hacen. También hay que considerar que la masa de este gas emitida por unidad de energía producida no es la misma en todos los casos: el carbón se compone de carbono e impurezas. Casi todo el carbono que se quema se convierte en dióxido de carbono -también puede convertirse en monóxido de carbono si la combustión es pobre en oxígeno-. En el caso del gas natural, por cada átomo de carbono hay cuatro de hidrógeno que también producen energía al convertirse en agua, por lo que contaminan menos por cada unidad de energía que producen y la emisión de gases perjudiciales procedentes de la combustión de impurezas -como los óxidos de azufre- es mucho menor. Cuando el calor se obtiene mediante la fisión controlada de núcleos de uranio la central se llama central nuclear. Este tipo de central no contribuye al efecto invernadero, pero tiene el problema de los residuos radioactivos que han de ser guardados durante miles de años y la posibilidad de accidentes graves (Endesa educa, 2010).

La primera central termoeléctrica fue construida por Sigmund Schuckert en la ciudad de Ettal en Baviera y entró en funcionamiento en 1878. Las primeras centrales comerciales fueron Pearl Street Station en Nueva York y la Edison Electric Light Station, en Londres, que entraron en funcionamiento en 1882. Estas primeras centrales utilizaban motores de vapor de pistones. El desarrollo de la turbina de vapor permitió construir centrales más grandes y eficientes por lo que hacia 1905 la turbina de vapor había reemplazado completamente a los motores de vapor de pistones en las grandes centrales eléctricas (Endesa educa, 2010).

1.1. Centrales termoeléctricas de ciclo convencional

Se llaman centrales clásicas o de ciclo convencional a aquellas centrales térmicas que emplean la combustión del carbón, petróleo (aceite) o gas natural para generar la energía eléctrica. Son consideradas las centrales más económicas y rentables, por lo que su utilización está muy extendida en el mundo económicamente avanzado y en el mundo en vías de desarrollo, a pesar de que estén siendo criticadas debido a su elevado impacto medioambiental. A continuación se muestra el diagrama de funcionamiento de una central térmica de carbón de ciclo convencional (Endesa educa, 2010).

2. Objetivos

2.1. Objetivos particulares.

Investigar cuales son los principales procesos actuales para la generación de electricidad mediante las tecnologías e centrales termoeléctricas.

Analizar la importancia de los procesos de cogeneración.

Identificar los principales impactos ambientales generados por la utilización de este tipo de tecnologías para la generación de energía eléctrica.

3. Desarrollo de las Actividades.

3.1. Diagrama de Desarrollo de las actividades de la práctica.

3.2. Actividades.

1. Describa como se realiza la operación de una planta termoeléctrica de vapor, gas, incluya el diagrama de bloques las operaciones que se realizan.

El funcionamiento de una central termoeléctrica de carbón, como la representada en la figura, es la siguiente: el combustible está almacenado en los parques adyacentes de la central, desde donde, mediante cintas transportadoras (1), es conducido al molino (3) para ser triturado. Una vez pulverizado, se inyecta, mezclado con aire caliente a presión, en la caldera (4) para su combustión.

Dentro de la caldera se produce el vapor que acciona los álabes de los cuerpos de las turbinas de alta presión (12), media presión (13) y baja presión (14), haciendo girar el rotor de la turbina que se mueve solidariamente con el rotor del generador (19), donde se produce energía eléctrica, la cual es transportada mediante líneas de transporta a alta tensión (20) a los centros de consumo.

Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida en el condensador (15). El agua obtenida por la condensación del vapor se somete a diversas etapas de calentamiento (16) y se inyecta de nuevo en la caldera en las condiciones de presión y temperatura más adecuadas para obtener el máximo rendimiento del ciclo.

El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraido del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración (17), o descargando dicho calor directamente al mar o al río.

Para minimizar los efector de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la central posee una chimenea (11) de gran altura -las hay de más de 300 metros-, que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y precipitadores (10) que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia central.

2. Compare las ventajas y desventajas en la operación y generación de electricidad, de una planta termoeléctrica de gas, una de vapor y una de ciclo combinado.

3. ¿Cuáles son los tipos y características de las turbinas de vapor y de gas utilizadas en las plantas termoeléctricas?

4. ¿Cómo afecta el ciclo Rankine y Brayton en la eficiencia de las plantas termoeléctricas?

5. De forma breve y concisa explique cómo opera una central de ciclo simple.

6. De forma breve y concisa explique cómo opera una central de ciclo combinado.

7. De forma breve y concisa explique cómo opera una central con un proceso de cogeneración.

8. ¿Cuáles son los 5 sectores industriales en el país con mayor potencial de cogeneración?

9. ¿Cuáles son las ventajas de utilizar sistemas de cogeneración en lugar de sistemas convencionales?

En los sistemas de cogeneración el combustible empleado para generar la energía eléctrica y térmica es mucho menor que el utilizado en los sistemas convencionales de generación de energía eléctrica y térmica por separado, es decir, que del 100% de energía contenida en el combustible, en una termoeléctrica convencional sólo 33% se convierte en energía eléctrica, el resto se pierde a través del condensador, los gases de escape, las pérdidas mecánicas, las pérdidas eléctricas por transmisión y distribución entre otras. En los sistemas de cogeneración, se aprovecha hasta el 84% de la energía contenida en el combustible para la generación de energía eléctrica y calor a proceso (25-30% eléctrico y 59-54% térmico). Lo anterior se muestra en la figura 1 (CONUEE, 2010).

Figura 1. Esquema de la cogeneración vs generación de la energía eléctrica convencional.

Ante las ventajas evidentes de los sistemas de cogeneración se pregunta ¿por qué hasta ahora se promueve su aplicación y divulgación? La cogeneración no es un proceso nuevo, su aplicación data de los principios de este siglo, la encontramos en los ingenios azucareros, en las plantas de papel, siderúrgicas y en otros procesos. Sin embargo, su aplicación no obedecía, como lo es ahora, a la necesidad de ahorrar energía, sino al propósito de asegurar el abasto de la energía eléctrica, que en esos años era insuficiente y no confiable. Conforme las redes eléctricas se extendieron (subsidiando en no pocas ocasiones el precio de la electricidad) y el suministro de energía eléctrica se hizo más confiable, resultaba más barato abastecerse de este fluido de la red pública. Así, los proyectos de cogeneración poco a poco se fueron abandonando. Más tarde, debido al incremento en el costo de la energía eléctrica, la problemática

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