Producción y Generación de
Energía Eléctrica
Producción de Energía Eléctrica g
Generación de Energía Eléctrica
• Termoeléctricas
– Vapor
– Turbinas de Gas – Carboeléctricas
Má i d C b tió I t
– Máquinas de Combustión Interna – Ciclos combinados
– Geotérmica
Núcleo Eléctrica – Núcleo-Eléctrica
• Hidroeléctricas
• Generación Distribuída
F t Alt
– Fuentes Alternas – Eoloeléctricas – Biomasa
Central Termoeléctrica
• Una central termoeléctrica puede serUna central termoeléctrica puede ser definida como un conjunto de obras y equipamientos cuya finalidad es la
equipamientos cuya finalidad es la
generación de energía eléctrica a través de un proceso que consiste en tres
de un proceso que consiste en tres etapas.
Etapas de Generación
• En las centrales térmicas convencionales,En las centrales térmicas convencionales, la primera etapa consiste en la quema de un combustible fósil, como carbón, óleo o gas, transformado el agua en vapor con el calor generado en la caldera.
• La segunda etapa consiste en la
utilización de este vapor, a alta presión,
i l t bi i
para girar la turbina que, a su vez, acciona el generador eléctrico.
Etapas de Generación
• En la tercera etapa el vapor esEn la tercera etapa, el vapor es
condensado, transferido el residuo de su energía térmica a un circuito
energía térmica a un circuito
independiente de refrigeración, retornando el agua a la caldera completando el ciclo el agua a la caldera, completando el ciclo.
Etapas de Generación
¿Cómo funciona?
¿
• La potencia mecánica obtenida por el pasaje del vapor a p p p j p través de la turbina - haciendo con que ésta gire - y en el generador - que también gira acoplado mecánicamente a la turbina - es que transforma la potencia mecánica en q p potencia eléctrica.
• La energía así generada es llevada a través de cables oLa energía así generada es llevada a través de cables o barras conductoras, desde los terminales del generador hasta el transformador elevador, donde es elevada su tensión para una adecuada conducción a través de tensión para una adecuada conducción, a través de líneas de transmisión, hasta los centros de consumo.
¿Cómo funciona?
¿
• Desde ahí a través de transformadoresDesde ahí, a través de transformadores reductores, la energía tiene su tensión elevada a niveles adecuados para la
elevada a niveles adecuados para la utilización de los consumidores.
Termoeléctrica
1. Cinta transportadora 2. Tolva
3. Molino 3. Molino 4. Caldera 5. Cenizas
6. Sobrecalentador 7. Recalentador 7. Recalentador 8. Economizador 9. Calentador de aire 10. Precipitador
11. Chimenea
12. Turbina de alta presión 13. Turbina de media presión 14. Turbina de baja presión 15. Condensador
16. Calentadores
17. Torre de refrigeración 18. Transformadores 19. Generador
Vapor
• Turbina a vaporp
Una central termoeléctrica de tipo vapor es una instalación industrial en la que la energía
instalación industrial en la que la energía química del combustible se transforma en
energía calorífica para producir vapor, este se conduce a la turbina donde su energía cinética conduce a la turbina donde su energía cinética se convierte en energía mecánica, la que se transmite al generador, para producir energía eléctrica
eléctrica.
Vapor
Vapor
• Utilizan el poder calorífico de
• Utilizan el poder calorífico de
combustibles derivados del petróleo
( b tól di l t l)
(combustóleo, diesel y gas natural), para calentar agua y producir vapor con temperaturas del orden de los 520°C y presiones entre 120 y 170 y p y kg/cm², para impulsar las turbinas que giran a 3600 r p m
que giran a 3600 r.p.m.
Turbinas de Gas (TurboGas) ( )
• Emplean como combustible gas natural o diesel.
• Desde el punto de vista de la operación, el breve tiempo de arranque y la versatilidad para seguir las variaciones de arranque y la versatilidad para seguir las variaciones de la demanda, hacen a las turbinas de gas ventajosas para satisfacer cargas de horas pico y proporcionar
capacidad de respaldo al sistema eléctrico.
Turbinas de Gas
• Turbina a gas:g
La generación de energía eléctrica en las unidades turbogas se logra aprovechando g g p directamente, en los álabes de la turbina, la
energía cinética que resulta de la expansión de aire y gases de combustión comprimidos La aire y gases de combustión, comprimidos. La turbina está acoplada al rotor del generador dando lugar a la producción de energía
eléctrica Los gases de la combustión después eléctrica. Los gases de la combustión, después de trabajar en la turbina, se descargan
directamente a la atmósfera.
Carboeléctricas
• Las centrales carboeléctricasLas centrales carboeléctricas
prácticamente no difieren en cuanto a su concepción básica de las termoeléctricas concepción básica de las termoeléctricas de tipo vapor; el único cambio importante es el uso del carbón como combustible y es el uso del carbón como combustible y que las cenizas de los residuos de la
combustión requieren de varias combustión, requieren de varias
maniobras y espacios muy grandes para su manejo y confinamiento
su manejo y confinamiento.
Carboeléctricas
Máquinas de Combustión Interna
• Las centrales de tipo combustión interna p
cuentan con motores de combustión interna
donde se aprovecha la expansión de los gases de combustión para obtener la energía
de combustión para obtener la energía
mecánica, que es transformada en energía eléctrica en el generador.g
• Las centrales de combustión interna, utilizan
generalmente diesel como combustible pero hay
d d l l d
casos donde se emplean una mezcla de combustóleo y diesel.
Combustión Interna
Ciclo Combinado
• Las centrales de ciclo combinado estánLas centrales de ciclo combinado están
integradas por dos tipos diferentes de unidades generadoras: turbogas y vapor. Una vez
terminado el ciclo de generación de la energía eléctrica en las unidades turbogas, los gases
d h d lt t t
desechados con una alta temperatura, se
utilizan para calentar agua llevándola a la fase de vapor que se aprovecha para generar
de vapor, que se aprovecha para generar energía eléctrica adicional.
Ciclo Combinado
• Las centrales de ciclo combinado están integradas por g p dos tipos diferentes de unidades generadoras: turbogas y vapor. Una vez terminado el ciclo de generación de la energía eléctrica en las unidades turbogas, los gases g g g desechados con una alta temperatura, se utilizan para calentar agua llevándola a la fase de vapor, que se
aprovecha para generar energía eléctrica adicionalp p g g
• La combinación de estos dos tipos de generación, permiten el máximo aprovechamiento de los
combustibles utilizados dando la mejor eficiencia combustibles utilizados, dando la mejor eficiencia
térmica de todos los tipos de generación termoeléctrica..
Ciclo Combinado
Geotérmica
¿Qué es Geotermia?
• Ciencia relacionada con el calor interior deCiencia relacionada con el calor interior de la Tierra
• Fuente de energía: Agua calienteFuente de energía: Agua caliente
• Alternativa a vapor obtenido por fisión
nuclear, quemado por materia fósil u otros nuclear, quemado por materia fósil u otros
• Yacimientos naturales:
– Fuente de calorFuente de calor – Acuífero
– Capa selloCapa sello
Geotérmica
Yacimiento
Tipos de Yacimiento
• Dependientes de la temperatura con la que el p p q agua sale
– Altas temperaturas ( 150 - 400 ° C) – Temperaturas medianas (80 - 150 °C) – Bajas temperaturas (20 - 80 °C)
• Perforación de sistemas geotérmicos (hasta
• Perforación de sistemas geotérmicos (hasta 3000 m bajo el nivel del mar)
• A partir de géiseres y grietasA partir de géiseres y grietas
• Movimiento de convección de magma y circulación de aguas profundas
Planta Geotérmica
Ventajas de Generación Geotérmica
• El flujo de producción de energía a lo largo del tiempo es j p g g p constante
• Se conservan los combustibles no renovables.
• El área de terreno por kilowatt es eficiente y menor que
• El área de terreno por kilowatt es eficiente y menor que otro tipo de plantas
• No intervienen en la geografía
• Puede funcionar 24 horas al día, los 365 días del año
• Diseño para interrupciones de generación, por causas de desastres naturales
de desastres naturales
• Diseño para aumentar el flujo de producción, si es necesario.
Utilización de energía Geotérmica por países
Valores em MW de potência eléctrica
País 1990 1995 2000
Argentina 0.67 0.67 n/a
Austrália 0 0.17 n/a
China 19.2 28.78 81
Costa Rica 0 55 170
El Salvador 95 105 165
El Salvador 95 105 165
França 4.2 4.2 n/a
Grécia 0 0 n/a
Indonésia 144.75 309.75 1080
Itália 545 631.7 856
Japão 214.6 413.7 600
Quénia 45 45 n/a
México 700 753 960
Nova Zelândia 283.2 286 440
Nicaráguag 35 35 n/a
Filipinas 891 1227 1978
Portugal (Açores) 3 5 n/a
Rússia 11 11 110
Tailândia 0.3 0.3 n/a
Turquia 20 6 20 6 125
Turquia 20.6 20.6 125
En México
• Primer planta en México Pathé HidalgoPrimer planta en México, Pathé, Hidalgo, fue la primera en su clase en todo el
continente americano continente americano
• La planta geotérmica actual se llama Cerro Prieto en Mexicali B C S
Cerro Prieto, en Mexicali, B.C.S.
Núcleo-Eléctrica
• La fuente de energía más moderna.La fuente de energía más moderna.
• Polémica debido a sus grandes desventajas.
desventajas.
• Existen dos tipos de energía nuclear:
Fusión y Fisión.
Fusión y Fisión.
• Fusión Æ Poco viable. Fisión Æ Usada.
• Tuvo mucho impulso debido a la escasez
• Tuvo mucho impulso debido a la escasez de petróleo que hubo en la década de los 70’s.
70 s.
Núcleo-Eléctrica
Proceso de Generación
1. Las barras de Uranio enriquecido al 4% con Uranio-235 se introducen en el reactor y comienza un proceso de fisión Los introducen en el reactor, y comienza un proceso de fisión. Los neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante unas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro), que al introducirse, absorben neutrones, y se disminuye el número de fisiones con lo cual dependiendo de cuántas barras de control se fisiones, con lo cual, dependiendo de cuántas barras de control se introduzcan, se generará más o menos energía
2. En el proceso, se desprende energía en forma de calor.
3. Este calor, calienta unas tuberías de agua, y ésta se convierte en, g , y vapor.
4. El vapor pasa por unas turbinas, haciéndolas girar.
5. Estas a su vez, giran un generador eléctrico de una determinada potencia generando así electricidad
potencia, generando así electricidad.
Núcleo-Eléctrica
Ventajas j
• La energía nuclear, genera un tercio de la energía
lé t i d l U ió E it d
eléctrica que se produce en la Unión Europea, evitando así, la emisión de 700 millones de toneladas de CO2 por año a la atmósfera.
T bié it t i i d l t
• También se evitan otras emisiones de elementos contaminantes que se generan en el uso de combustibles fósiles (NO, So, cenizas, etc...).
Por su bajo poder contaminante las centrales nucleares
• Por su bajo poder contaminante, las centrales nucleares, frenan la lluvia ácida y la acumulación de residuos tóxicos en el medio ambiente.
• Además se reducen el consumo de las reservas de
• Además, se reducen el consumo de las reservas de combustibles fósiles, generando con muy poca cantidad de combustible (Uranio) muchísima mayor energía, evitando así gastos en transportes, residuos, energía, evitando así gastos en transportes, residuos,
Desventajas j
• Presenta varios peligros, que por ahora noPresenta varios peligros, que por ahora no tienen una rápida solución.
• Costosos sistemas de seguridad.Costosos sistemas de seguridad.
• Podrían llegar a tener una gran
repercusión en el medio ambiente y en los repercusión en el medio ambiente y en los seres vivos si son liberados a la
atmósfera.
• Radiación.
• Explosiones nucleares (Bomba Atómica).Explosiones nucleares (Bomba Atómica).
Desventajas (Residuos) j ( )
Alta actividad:
Proceden de los elementos de combustible gastados, que se extraen del reactor, y se almacenan temporalmente en una piscina de agua, situada dentro temporalmente en una piscina de agua, situada dentro de la central nuclear, y construida de hormigón, con paredes de acero inoxidable, de tal forma que no se escape la radiación. Una vez que la piscina se llena (que
d t d dé d ) l id d l
puede tardar décadas), los residuos se sacan de la piscina, y se almacenan bajo tierra, profundamente, en minas excavadas, con formaciones salinas para mantenerlo aislado de la humedad y metidos en mantenerlo aislado de la humedad, y metidos en bidones blindados con material anticorrosivo. Este es el lugar definitivo, donde se guardarán durante cientos o incluso miles de años.
Desventajas (Residuos) j ( )
Media actividad:
S d di l id lib d l
Son generados por radionucleidos liberados en el proceso de fisión en cantidades muy pequeñas, muy inferiores a las consideradas peligrosas para la seguridad y protección de las personas Los residuos seguridad y protección de las personas. Los residuos son solidificados dentro de bidones de acero, utilizando cemento, alquitrán o resinas.
Baja actividad:
Generalmente, son las ropas y herramientas que se utilizan en el mantenimiento de la central nuclear. Se
l h i ó d f
prensan, y se mezclan con hormigón, de forma que formen un bloque sólido, son introducidos en bidones de acero.
Futuro
• Los científicos imaginan un mundo para elLos científicos imaginan un mundo para el año 2030 que utilice entre tres y cuatro
veces la cantidad de energía que g q consumimos en la actualidad. Si la mayoría de esa energía tuviera que
bt d l bó l d t d í
obtenerse del carbón, el mundo tendría que extraer 25 mil millones de toneladas de carbón por año Por lo que los riesgos de carbón por año. Por lo que los riesgos de la energía nuclear se verían
minimizados en contraste minimizados en contraste.
Hidroeléctrica
• Una planta hidroeléctrica utiliza la energíaUna planta hidroeléctrica utiliza la energía potencial del agua almacenada en un
lago a una elevación mayor el agua fluye lago, a una elevación mayor, el agua fluye por una tubería que llega a la turbina
haciéndola girar la cual activa a un haciéndola girar, la cual activa a un
reactor que genera energía eléctrica, es decir hay una transformación de energía decir hay una transformación de energía mecánica a energía eléctrica.
Hidroeléctrica
Hidroeléctrica
Ventajas-Desventajas j j
• Una fuente de energía limpia que nos ofrece la t l
naturaleza
• Una fuente autóctona. Solo lo que hace falta es construir las infraestructuras necesarias.
• Depende de las condiciones climatológicas.
• Impactos en el MedioImpactos en el Medio
• Producen pérdidas de suelo productivo, en la cobertura vegetal y fauna terrestre por inundación del terreno
destinado al embalse. También provocan disminución en p el caudal de ríos y arroyos, así como alteración en la
calidad de las aguas y repercusiones en la fauna acuática.
Energía Solar g
• Resultado de reacciones nucleares que llegan aResultado de reacciones nucleares que llegan a la Tierra a través del espacio en cuantos de
energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres.
• La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de
forma complicada pero predecible, del día del año de la hora y de la latitud
año, de la hora y de la latitud.
Recolección de Energía Solar g
• Requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares
llamados colectores solares,
diseñados para recoger energía, a veces después de concentrar los rayos del Sol.
L í id
• La energía, una vez recogida, se emplea en procesos térmicos o fotoeléctricos, o fotovoltaicos.
• En los procesos fotovoltaicos, la p ,
energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún dispositivo
mecánico intermedio (placa plana y de concentración).)
Celdas fotovoltaicas
Celdas fotovoltaicas
Un dispositivo multijuntura es un conjunto de celdas individuales de una sola juntura
celdas individuales de una sola juntura,
colocadas en orden descendente de acuerdo a su espacio de banda. La celda más alta captura los fotones de alta energía y deja pasar el resto de los fotones hacia abajo para ser absorbidos por las celdas con espacios de bandas más bajos.
Ventajas j
• Es gratis
L i t l té i i b t i i t d b tibl
• Los sistemas solares térmicos no requieren abastecimiento de combustible, son totalmente silenciosos, y apenas requieren mantenimiento.
• Una vez que se ha amortizado la inversión inicial, toda la energía que produce el sistema solar térmico es un ahorro neto.
L l té i t tit ió lt fá il d
• Los paneles térmicos, por su aspecto y constitución, resultan fáciles de integrar y adaptar en las edificaciones. Los sistemas solares térmicos son la solución ideal para aquellos casos en los que se intenta respetar al
máximo el entorno natural.
• Utilizan una fuente de energía renovable (la radiación solar) lo que quiere
• Utilizan una fuente de energía renovable (la radiación solar), lo que quiere decir que a la escala temporal humana es inagotable, al contrario de lo que sucede con las fuentes de energía convencionales que dependen de un recurso que es limitado (petróleo, carbón, gas natural, etc.).
• Producen calor sin necesidad de ningún tipo de reacción o combustiónProducen calor sin necesidad de ningún tipo de reacción o combustión, evitando la emisión a la atmósfera de CO2 u otros contaminantes
responsables entre otros fenómenos, del calentamiento de la atmósfera (efecto invernadero). Por cada m2 de superficie colectora instalada se deja de emitir a la atmósfera 500 Kg. de CO2 al año.
Desventajas j
• Pérdidas en el almacenamiento de laPérdidas en el almacenamiento de la
energía, calidad y eficiencia de materiales con que se aprovecha la radiación solar
con que se aprovecha la radiación solar.
• Para el aprovechamiento de la radiación solar se tienen los altos costos de
solar se tienen los altos costos de instalación
Desventajas j
• Está sometida a continuas fluctuaciones yEstá sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, por ejemplo la radiación solar es menor por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más se necesita
necesita.
Transporte de Energía Eléctrica g
• Transmisión (Alto Voltaje > 230 KV)
• Transmisión (Alto Voltaje, > 230 KV)
• Subtransmisión (Mediano Voltaje, >69 KV
< 230 KV)
• Distribución (Bajos Voltajes < 69KV hasta
• Distribución (Bajos Voltajes, < 69KV hasta 220 V)
Red Troncal del Sistema Eléctrico Nacional
TJI
CRO
ROA RUM
APD
OZA CTY
TEK STB RZC RIN NZI
2003
MCZ SYC REA VJZ
CUN NGC
AMI LCF
CNN
HLT SCN
NRI STA
CDY LCD ICA
HLC PAP
CPU PJZ
CIP CPTCPD MXI
APD RZC HGO MEP CHQ
WIS
SVE SAF
SQN KON
TRI
PLD
SSA HRC
PRD TUL
APA QRP
NEC 750 MW
SAU
TIZ NCC
CEL
ESC FRO
CBD REC
LAM
NIC SGD
CGD CHD
HCL AVL FVL
CUN
AUA PNE
ADC NUR
NAV
AERRIB REY CPR OJC NUL MON
GMD TPO
LMD PNO
COC PGD COT
HLI
HTS SQN
SMN
LRO PES
NOP PBD
ZOC
AYO DOG
ATE
TUV VAE
750 MW ZONA METROPOLIT ANA
DE LA CIUDAD DE MEXICO (AREA DE COBERT URA
DE LyFC) VIC
TEX
BRN CRU
APT ALT AGM
MZ D
TRS PZA HUI
GUE LAJ VDG
APC
SAL
HBL
DGS GPL LED
PEL AND
DGD CED
RIB
MT Y
MT M INV LVI TEC
CCL FAM
CAL
VDR CHR AGS SLP SLD ZCD
VGR CUT
GMD
VIO
LPZ GAO
DOM INS
SJC PUP
ETR
TDS SNT
BLE DETALLE DE LA ZONA METROPOLI TANA
MZ L
TCL
ZAP DOG
ATE EST TOP TOL
ALT
LAV PRD
PBD TUV TM O
APT
ATN TED
ATQ SLM TSN
AGM
QRP
DOG MT A CRP
CEL ANP
CMD CGM
OCN
MRP CYA
UPT QRO SAU
SPA
IRA LNU VTP
DAÑ
ABA GDO
GDU APR
GUN GUD
LNT
CNI HRC ZPP
MZ T ELC
PRI MIA TPC
ZM N
MAN
ZAP
ZOCJAL
KNP VAD NIZ LRA TIC
CNC
PCN TZ M KOP
CEK
KBL PYU TIU SAM KAL
NCM SUR
CMO MDA MAX
IZL VDD PTE
NTE
PJU BNP
HAA PKP HBK CAD CAB
Líneas de 400 kV 14,997 KM
CENTRAL G ENERADORA SUBESTACIÓN
LÍNEA DE 400 KV
SIMBOLO GÍA
TCL
JUI MPS MIDCTS TM D TM T OJP
LRP
MM T MAM
MND
LCP TAP
SIC
ATE COL
CMD
INF
VIL PEO
CPT APZ CBN
CRL
QMD MZ L
LAT
JUD OXP VRD
JDN DBC ATD
TOM
CDD
KLV PEA
ESA CNR
CTE XUL INS CRE
SBY
JUD
Tipo de Usuarios de Energía
Eléctrica
Ventas de Energía Eléctrica por
usuarios
Tarifas
Generales Generales
• Baja tensión 2, 3
• Mediana Tensiòn OM, HM
Alt T ió HS HL HS L HT L
• Alta Tensión HS, HL, HS-L, HT-L
• Servicio de Respaldo HM-R, HM-RF ...
• Servicio Interrumpible I-15, I-30
