producción, transporte y distribución de la energía

UNIDAD DIDÁCTICA
NIVEL: 3º ESO
PRODUCCIÓN, TRANSPORTE Y
DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA
ELÉCTRICA
1 CONCEPTOS PREVIOS ........................................................................................................................ 2
2 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA ............................................................................................ 2
2.1 GENERADORES ................................................................................................................................... 3
2.2 TURBINAS............................................................................................................................................. 3
3 CENTRALES ELÉCTRICAS ................................................................................................................... 4
3.1 GENERADORES MOVIDOS POR VAPOR: CENTRALES TÉRMICAS ................................................... 4
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
CENTRALES TÉRMICAS CONVENCIONALES .......................................................................... 4
CENTRALES TÉRMICAS NUCLEARES ...................................................................................... 5
CENTRALES HELIOTÉRMICAS DE TORRE ............................................................................... 6
OTRAS CENTRALES TÉRMICAS ............................................................................................... 6
3.2 CICLO COMBINADO............................................................................................................................. 7
3.3 GENERADORES MOVIDOS POR AGUA............................................................................................... 7
3.3.1 CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ............................................................................................. 7
3.4 GENERADORES MOVIDOS POR EL VIENTO....................................................................................... 9
3.4.1 CENTRALES EÓLICAS ............................................................................................................... 9
4 SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA SIN GENERADORES ................................ 9
4.1 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS (PANELES FOTOVOLTAICOS) .............................................................. 9
5 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
10
6 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN ESPAÑA..................................................................... 11
6.1 POTENCIA ELÉCTRICA INSTALADA EN ESPAÑA ..............................................................................11
6.2 PRINCIPALES CENTRALES EN ESPAÑA ............................................................................................11
7 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA ....................................................... 12
PRODUCCIÓN, TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA. 3º ESO
Gustavo Zazo. 2013
1
1
CONCEPTOS PREVIOS
ENERGÍA : Capacidad para realizar un trabajo. Un cuerpo tiene energía cuando es capaz de producir un
trabajo, es decir, cambios o transformaciones en otros cuerpos.
Estos cambios pueden manifestarse como modificaciones en el estado de movimiento (detenerse o aumentar o reducir su velocidad) o como aumento o disminución de la temperatura.
La energía es única, pero para facilitar su estudio se puede clasificar según diferentes criterios:
SEGÚN SU
ORIGEN
SEGÚN LA FORMA EN QUE SE PRESENTA
FORMAS
CARACTERÍSTICAS
Solar
Mecánica
(Cinética +
Potencial)
Química
Hidráulica
Radiante
…
Nuclear
Cinética: una masa que se mueve.
Potencial: Una masa situada a una altura determinada de un nivel de
referencia.
Combustibles (gasolina, gas, carbón), otras sustancias químicas.
Emitida por ciertos cuerpos. La poseen las ondas electromagnéticas:
luz, ondas de radio, rayos X, rayos UV, etc.
Es la que se libera natural o artificialmente en reacciones nucleares
de fisión o fusión.
Eólica
Térmica
Se manifiesta en forma de calor.
Eléctrica
Se manifiesta como el movimiento de electrones
Mediante diferentes dispositivos se puede transformar la energía de una forma a otra.
ENERGÍA ELÉCTRICA: Es la que transporta la corriente eléctrica
VENTAJAS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA.
 Se transforma con facilidad en otras formas de energía.
 Se transporta a largas distancias con bajos costes y pocas pérdidas.
 Uso cómodo y “limpio”.
2
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
La energía eléctrica se puede obtener directamente de otras tres formas de energía:
A partir de
energía química
Eq  E eléctrica
A partir de
energía luminosa
El  E eléctrica
A partir de
energía cinética
(o mecánica)
Ec  E eléctrica
Tipo de
corriente
Dispositivos en los
que tiene lugar la
transformación
Otras características
Corriente continua
Pilas y baterías
Suministro portátil de muy baja tensión
Corriente continua
Células fotovoltaicas
Instalaciones domésticas y suministros
portátiles.
Bajo rendimiento y elevado precio
Corriente continua y alterna
GENERADORES
Producción a pequeña escala (dinamos, alternadores) y gran escala (generadores de centrales)
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2.1 GENERADORES
ESQUEMA DE UN GENERADOR
Dispositivo que transforma
mecánica en E eléctrica.
escobillas
E
Consta de unas bobinas de hilo
conductor y de un campo
magnético suministrado por imanes permanentes o electroimanes.
bobinado
Cuando se produce un movimiento relativo entre el conductor
y el campo magnético, se induce
en el conductor una corriente
eléctrica (Ley de Lenz).
TIPOS DE GENERADORES
DINAMO: Produce corriente continua
ALTERNADOR: Produce corriente alterna
La mayor parte de la Energía eléctrica que se produce a gran
escala (en centrales eléctricas) procede de generadores que
están instalados en las centrales.
Alternador de un automóvil, seccionado para ver
su interior.
(De professionalautomotive.wordpress.com)
En las centrales los generadores se mueven con la E cinética que suministran fluidos en movimiento:
 Agua
 Vapor de agua
 Viento
 Gases de combustión
2.2 TURBINAS
Una turbina es un dispositivo que transforma el movimiento lineal de un fluido en un movimiento circular (o
rotatorio).
Los ejes de las turbinas se acoplan a los ejes de los generadores, de tal manera que se transmite la E cinética del fluido al eje del generador.
Turbina hidráulica
(De es.wikipedia.org)
Turbina eólica
(De www.gstriatum.com)
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Turbina de gas
(De es.wikipedia.org)
3
3
CENTRALES ELÉCTRICAS
Son grandes plantas industriales
que producen Energía eléctrica
con generadores que aprovechan como fuente de energía
cinética fluidos en movimiento.
Según tales fluidos las centrales
pueden clasificarse como sigue:
Centrales térmicas convencionales
Centrales térmicas nucleares
Centrales heliotérmicas
Centrales de biomasa
Centrales geotérmicas
VAPOR
GAS DE COMBUSTIÓN Y
VAPOR
AGUA
Centrales de ciclo combinado
Centrales hidroeléctricas
VIENTO
Centrales eólicas
3.1 GENERADORES MOVIDOS POR VAPOR:
CENTRALES TÉRMICAS
Aprovechan vapor a gran velocidad para mover los generadores mediante turbinas. El vapor, que
se produce calentando agua a través de diferentes procedimientos, incide a gran velocidad en las turbinas,
que están conectadas a los ejes de los generadores.
3.1.1
CENTRALES TÉRMICAS CONVENCIONALES
Para calentar agua y convertirla en vapor se queman combustibles orgánicos fósiles (carbón, gas) o
derivados suyos (fuel, gas).
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE
UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL
Transformaciones energéticas:
1.
E química  E térmica
2.
E térmica  E cinética
3.
E cinética  E eléctrica
Central térmica convencional de As Pontes de García Rodriguez (A Coruña)
(De redgeografica2.blogspot.com.es)
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3.1.2
CENTRALES TÉRMICAS NUCLEARES
El calor que se necesita para conseguir el vapor lo suministran reacciones nucleares de fisión.
En las reacciones nucleares de fisión
se bombardean átomos de Uranio
con neutrones. Los núcleos de Uranio se vuelven inestables y se fisionan (se “rompen”), produciendo
núcleos más ligeros, gran cantidad
de calor y neutrones. Estos neutrones, a su vez, impactan en otros
núcleos de Uranio, generándose una
reacción en cadena.
Reacción nuclear de fisión.
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE
UNA CENTRAL TÉRMICA NUCLEAR
Transformaciones energéticas:
1.
E nuclear  E térmica
2.
E térmica  E cinética
3.
E cinética  E eléctrica
Central Térmica nuclear de Cofrentes (Valencia)
(De eli-estrelladelmar.blogspot.com.es)
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5
3.1.3
CENTRALES HELIOTÉRMICAS DE TORRE
La radiación solar que incide sobre una gran superficie se concentra mediante espejos en una pequeña zona en la que se genera una alta temperatura, capaz de convertir el agua en vapor de agua.
El receptor (o caldera) está situado en una torre y en él se concentran las radiaciones solares reflejadas por
los espejos (o helióstatos), que disponen de un sistema automático de orientación respecto al Sol.
Generan relativamente poca potencia, menos de 300 MW (2011)
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE
UNA CENTRAL HELIOTÉRMICA DE TORRE
Transformaciones energéticas:
1.
Concentración de E térmica
2.
E térmica  E cinética
3.
E cinética  E eléctrica
Central térmica solar de concentración de Sanlúcar la Mayor (Sevilla)
(De http://blogs.diariovasco.com)
3.1.4
OTRAS CENTRALES TÉRMICAS
CENTRALES TÉRMICAS DE BIOMASA
Se utilizan como combustibles algunos productos procedentes de la biomasa, que es la materia orgánica
producida en procesos naturales (vegetación, residuos forestales y agrícolas o ciertos cultivos específicos,
como la soja o el girasol). Esta biomasa es convertida en carbón vegetal, alcohol o biogás, que son los
combustibles que se utilizan en las centrales.
CENTRALES GEOTÉRMICAS
Aprovechan el calor interno de la Tierra. Sin embargo, son pocas las regiones en el mundo con condiciones adecuadas para la instalación de centrales de este tipo.
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3.2 CICLO COMBINADO
Se produce energía eléctrica mediante dos sistemas consecutivos:
 En el primero, el fluido de trabajo es un gas
producto de una combustión (por lo general,
de gas natural) que acciona una turbina de
gas.
 En el segundo, se utilizan los gases de escape
a alta temperatura de la turbina de gas para
aportar calor a la caldera o generador de vapor
de recuperación, la que alimenta a su vez de
vapor a la turbina de vapor.
La principal ventaja de utilizar el ciclo combinado
es su alta eficiencia, ya que se obtienen rendimientos superiores al rendimiento de una central
de ciclo único y mucho mayores que los de una de
turbina de gas.
3
2
3
1
Aire
comprimido
Gas
http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_combinado
Transformaciones energéticas
1.
E química  E térmica  E cinética
2.
E térmica  E cinética
3.
E cinética  E eléctrica
Central de ciclo combinado de Arrúbal (La Rioja)
(De https://www.swe.siemens.com)
3.3 GENERADORES MOVIDOS POR AGUA
Se aprovecha el flujo, natural o provocado, de masas de agua para mover turbinas conectadas a
generadores.
3.3.1
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
Aunque el flujo natural del agua de un río (su energía cinética) podría ser aprovechado, generalmente se
eleva el nivel del agua mediante la construcción de una presa interpuesta en el cauce del río. De esta manera las masas superiores del agua embalsada acumulan energía potencial respecto a la base de la
presa.
El agua es conducida después a través de tuberías forzadas desde los niveles superiores hasta los niveles
inferiores, transformándose la energía potencial en energía cinética, necesaria para mover las turbinas.
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ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
E
p
Ec
TURBINA
Transformaciones energéticas
1.
Acumulación de E potencial
2.
E potencial  E cinética
3.
E cinética  E eléctrica
Existen dos tipos de centrales hidroeléctricas:
 De gravedad: Constan de un solo embalse y el agua utilizada para producir energía eléctrica sigue por el cauce del
río y no vuelve a utilizarse.
 De bombeo: Constan por lo general de dos embalses. El
agua se bombea desde el embalse inferior al superior y es
en este último en el que se produce la energía eléctrica.
Estas centrales son utilizadas para almacenar la energía
eléctrica que se produce en otras centrales (nucleares, por
ejemplo) y que no puede ser consumida en el momento de
producirse. Por tanto, almacenan la energía eléctrica en
forma de energía potencial.
Central hidroeléctrica de Aldeadávila de la Ribera
(Salamanca)
(De http://raven.es)
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3.4 GENERADORES MOVIDOS POR EL VIENTO
3.4.1
CENTRALES EÓLICAS
Se aprovecha la energía cinética del viento para
mover grandes turbinas cuyo movimiento giratorio,
transmitido a través de una caja multiplicadora,
acciona un generador.
generador
pala de la
turbina
torre
Se llama aerogenerador al conjunto que forman la
turbina, el generador y la torre sobre la que ambos
van montados.
Cada aerogenerador produce poca potencia, así
que suelen instalarse numerosas unidades en los
llamados parques eólicos.
Aerogeneradores
4
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA SIN GENERADORES
4.1 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS (PANELES
FOTOVOLTAICOS)
Se basan en el efecto fotovoltaico que poseen algunos elementos semiconductores (en especial el
silicio) y que consiste en que cuando tales materiales son iluminados, generan electricidad.
Las células fotovoltaicas se agrupan en paneles
fotovoltaicos.
Tienen bajo rendimiento (25%) y un precio elevado.
Paneles fotovoltaicos
(De http://www.sunenergy.es)
Actualmente la principal ventaja de este sistema es
su autonomía, pudiendo ser instalado como alimentación de farolas, edificios aislados, naves espaciales y satélites, etc... También pueden montarse
numerosos paneles fotovoltaicos para constituir una
central fotovoltaica.
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5
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA
SISTEMA
VENTAJAS
INCONVENIENTES
 Buen rendimiento.
 Combustibles baratos.
 Consumen recursos
no renovables (combustibles fósiles).
 Contaminación del aire
y del agua.
C.T. NUCLEARES
 Muy buen rendimiento.
 Consumen recursos
no renovables (minerales).
 Almacenamiento de
residuos radiactivos de
las reacciones.
 En caso de accidente
el riesgo para la población es muy alto.
C.T.
HELIOTÉRMICAS
 Aprovechan energía renovable (solar)
 Bajo rendimiento.
 Dependen de la insolación.
 Buen rendimiento
 Consumen recursos
no renovables (combustibles fósiles).
 Producen CO2
 Utilizan recursos renovables
 Ocupan mucho suelo.
 Interrumpen el flujo
natural del curso de
agua y la libre circulación de la fauna.
C.T.
CONVENCIONALES
Generadores
movidos por
VAPOR
(CENTRALES
TÉRMICAS)
Sistema mixto
GAS - VAPOR
Generadores
movidos por
AGUA
C. CICLO
COMBINADO
C.
HIDROELÉCTRICAS
Generadores
movidos por
VIENTO
C. EÓLICAS
 Aprovechan energía
renovable (viento).
 Bajo rendimiento por
cada aerogenerador.
 Impacto visual (paisaje).
 Ocupación de suelo.
 Sólo instalables en
determinadas zonas.
 Producción intermitente.
SIN
generadores
PANELES
FOTOVOLTAICOS
 Aprovechan energía renovable (solar)
 Autonomía.
 Bajo rendimiento.
 Alto precio.
 Dependen de la insolación.
PRODUCCIÓN, TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA. 3º ESO
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6
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
EN ESPAÑA
6.1 POTENCIA ELÉCTRICA INSTALADA EN ESPAÑA
Fuente: Red Eléctrica Española
6.2 PRINCIPALES CENTRALES EN ESPAÑA
Fuente: UNESA
LAS MAYORES CENTRALES TÉRMICAS CONVENCIONALES EN ESPAÑA
CENTRAL
As Pontes de García Rodríguez (A Coruña)
Compostilla (León)
Litoral de Almería (Carboneras, Almería)
Castellón (Castellón)
Teruel (Andorra, Teruel)
POTENCIA
1.400 MW
COMBUSTIBLE
Carbón, tanto nacional como importado
1.312 MW
1.100 MW
1.083 MW
1.050 MW
Carbones de la cuenca minera de León
Carbón importado
Fuel-oil
Carbones de la cuenca minera aragonesa
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Centrales térmicas convencionales en España
Centrales térmicas nucleares en España
Centrales hidroeléctricas en España.
El mapa representa las centrales mayores de 20 MW. Se
indica el nombre de las 10 centrales mayores de 300 MW.
Centrales eólicas en España.
El mapa indica los parques eólicos de potencia superior a 1 MW.
Los círculos grandes muestran los parques con potencia superior
a los 10 MW.
7
TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA
La E eléctrica se debe llevar desde las centrales de producción hasta los puntos de consumo:
industrias, viviendas y usos comunes.
El transporte se lleva a cabo mediante conductores eléctricos (cables). Los metales que se usan son:
 Aluminio (Al) en líneas de transporte y distribución.
 Cobre (Cu), en instalaciones en industrias y viviendas.
Ambos metales tienen estas propiedades:
 Buen conductor de la electricidad.
 Buen comportamiento ante los agentes atmosféricos.
 Buena disipación del calor producido por el paso de la corriente (efecto Joule).
 Buen precio, en comparación con mejores conductores (Pt, Au, Ag).
Los cables se tienden apoyados en torres, enterrados (aislados) o bajo el agua (dentro de conductos aislados).
PRODUCCIÓN, TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA. 3º ESO
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TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Los generadores de las centrales producen energía eléctrica en forma de corriente alterna a una tensión
entre 10 y 20 kV.
1.
Para transportar la Energía eléctrica se eleva la tensión hasta unos 400 kV (ALTA TENSIÓN) mediante
las SUBESTACIONES TRANSFORMADORAS DE ELEVACION, situadas a unos cientos de metros de
las propias centrales. El objeto de elevar la tensión es minimizar las pérdidas por calor en el transporte.
2.
Desde aquí parten las líneas de de alta tensión, en cuyos recorridos se intercalan SUBESTACIONES
DISTRIBUIDORAS DE TRANSFORMAC!ON. Estas estaciones se encargan de disminuir la tensión
desde los 400 kV hasta aprox. 40 kV (MEDIA TENSION), y de ellas salen las líneas de distribución de
media tensión.
3.
Estas líneas llegan hasta diferentes CENTROS DE TRANSFORMACIÓN (Casetas transformadoras),
pequeñas instalaciones en las que finalmente se transforma la media tensión a la BAJA TENSION (220
- 380 V) que utilizan los abonados (viviendas y pequeñas industrias, mayoritariamente).
1
ESQUEMA DEL TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA
ELÉCTRICA
2
ALTA TENSIÓN
220 – 420 kV
1
2
3
4
3
MEDIA
TENSIÓN
20 – 130 kV
4
BAJA TENSIÓN
220 – 380 V
Central eléctrica
Subestación transformadora de distribución
Centro de transformación (Caseta transformadora)
Abonados
A.T.
M.T.
B.T.
Industria
“Producción energía eléctrica 3º ESO” por Gustavo Zazo se encuentra bajo una
Licencia Creative Commons Atribución – No Comercial – Compartir Igual 3.0 Unported.
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