Ciclo de generacion de energia electrica

Ciclo de generacion de energia electrica

Turbina de gas

El proceso de conversión de la energía de un combustible en energía eléctrica implica la creación de trabajo mecánico, que luego es transformado en energía eléctrica por un generador en un «ciclo simple», provocando pérdidas de eficiencia en el proceso. Dependiendo del tipo de combustible y del proceso termodinámico, la eficiencia global de esta conversión suele ser de entre el 30 y el 40%. Esto significa que una parte importante de la energía latente del combustible se desperdicia. Gran parte de esta energía desperdiciada termina como energía térmica en los gases de escape calientes del proceso de combustión.

¿Cuál es la diferencia entre ciclo simple y ciclo combinado?  El término «ciclo combinado» se refiere a la combinación de varios ciclos termodinámicos para generar energía. El funcionamiento del ciclo combinado emplea un generador de vapor con recuperación de calor (HRSG) que capta el calor de los gases de escape a alta temperatura para producir vapor, que luego se suministra a una turbina de vapor para generar energía eléctrica adicional. En el modo de ciclo combinado, las centrales eléctricas pueden alcanzar eficiencias eléctricas de hasta el 60%. El proceso de creación de vapor para producir trabajo mediante una turbina de vapor se basa en el ciclo Rankine.

Ciclo combinado

Un sistema de energía de ciclo combinado suele utilizar una turbina de gas para accionar un generador eléctrico, y recupera el calor residual del escape de la turbina para generar vapor. El vapor del calor residual se hace pasar por una turbina de vapor para proporcionar electricidad suplementaria. La eficiencia eléctrica global de un sistema de energía de ciclo combinado suele ser del orden del 50-60%, lo que supone una mejora sustancial respecto a la eficiencia de una aplicación simple de ciclo abierto, que ronda el 33%.

El sistema de ciclo combinado es la tecnología tradicional elegida para la mayoría de las grandes plantas de generación de energía en tierra, y por lo tanto está bien establecida. Esta tecnología también se utiliza en algunas instalaciones en alta mar desde hace más de 10 años. La mayoría de las instalaciones marinas están diseñadas para generar energía a partir de turbinas de gas de ciclo abierto que ofrecen costes de capital, tamaño y peso reducidos (por MW instalado), pero con una eficiencia energética y unos costes de combustible por unidad de producción comprometidos. El funcionamiento del sistema de ciclo combinado es adecuado para aplicaciones de carga estable, pero menos adecuado para aplicaciones en alta mar con perfiles de carga variables o decrecientes. En un nuevo desarrollo «greenfield» que incorpore un diseño de sistema de ciclo combinado, el tamaño de la turbina de gas puede optimizarse y es probable que sea menor que una configuración equivalente de ciclo abierto. Además, la unidad de recuperación de calor residual (WHRU) puede sustituir al silenciador de la turbina de gas, mitigando así algunas de las limitaciones de espacio y peso. El calor residual puede utilizarse en lugar de los calentadores de fuego, mejorando así la eficiencia global del sistema. El uso de la tecnología de ciclo combinado depende de la demanda de energía y calor de la instalación. La tecnología de ciclo combinado es más rentable en las instalaciones más grandes. En una instalación en la que la demanda de calor es grande, el calor residual de la WHRU se utilizará normalmente para otras aplicaciones de calefacción y, por tanto, quedará poco calor residual para la generación de energía.

Central térmica

La generación de electricidad es el proceso de creación de electricidad a partir de otras formas de energía. Las centrales eléctricas comerciales suelen construirse a gran escala y están diseñadas para un funcionamiento continuo.

Las centrales eléctricas suelen utilizar generadores eléctricos trifásicos o monofásicos para producir energía eléctrica en corriente alterna (CA) a una frecuencia de 50 Hz o 60 Hz según el lugar del mundo.

Los canales de alta tensión de los generadores se conectan a transformadores elevadores para conectarlos a una subestación eléctrica de alta tensión (del orden de 115 kV a 520 kV) para su posterior transmisión por la red eléctrica local, donde subestaciones equipadas con diferentes transformadores reductores suministran energía a usuarios locales de baja tensión.

A menudo se afirma que las centrales nucleares son inflexibles en su producción, lo que implica que se utilizarían otras centrales, típicamente fósiles, para satisfacer la demanda máxima. Aunque puede haber sido cierto en el caso de algunos reactores, ya no lo es, al menos, en el caso de algunos diseños modernos.

Generación de electricidad

Los Estados Unidos de América siguen generando la mayor cantidad de electricidad geotérmica del mundo: más de 3,5 gigavatios, principalmente en el oeste del país. Eso es suficiente para abastecer a unos tres millones y medio de hogares. En la foto de arriba, la planta geotérmica de Raft River está situada en Idaho. Fuente: Consejo de Recursos Geotérmicos

Las centrales de vapor seco utilizan fluidos hidrotermales que son principalmente vapor. El vapor viaja directamente a una turbina, que acciona un generador que produce electricidad. El vapor elimina la necesidad de quemar combustibles fósiles para hacer funcionar la turbina (eliminando también la necesidad de transportar y almacenar combustibles). Estas centrales sólo emiten el exceso de vapor y cantidades muy pequeñas de gases.Los sistemas de centrales de vapor seco fueron el primer tipo de centrales geotérmicas construidas (se utilizaron por primera vez en Lardarello, Italia, en 1904). La tecnología de vapor sigue siendo eficaz en la actualidad en The Geysers en el norte de California, la mayor fuente de energía geotérmica del mundo.

Planta de energía de ciclo binarioLas plantas de generación de energía geotérmica de ciclo binario se diferencian de los sistemas de Vapor Seco y Vapor Flash en que el agua o el vapor del depósito geotérmico nunca entra en contacto con las unidades de turbina/generador. El fluido geotérmico de baja a moderada temperatura (por debajo de 400°F) y un fluido secundario (de ahí lo de «binario») con un punto de ebullición mucho más bajo que el del agua pasan a través de un intercambiador de calor. El calor del fluido geotérmico hace que el fluido secundario se convierta en vapor, el cual acciona las turbinas y, posteriormente, los generadores.Las centrales de ciclo binario son sistemas de circuito cerrado, y prácticamente no se emite nada (excepto vapor de agua) a la atmósfera. Dado que los recursos por debajo de los 300°F representan el recurso geotérmico más común, una proporción significativa de la electricidad geotérmica en el futuro podría proceder de plantas de ciclo binario.

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