2. La Central Térmica

2. La central térmica

2.1. Centrales térmicas

Las centrales térmicas generan electricidad a partir de energía calorífica, obtenida normalmente quemando un combustible como el carbón, el fuel oil (un derivado del petróleo) o el gas natural. Las centrales térmicas clásicas, que funcionan con carbón o con fuel oil, son fáciles de reconocer por la presencia de chimeneas de gran altura, necesarias para dispersar la contaminación que generan. Las torres de refrigeración son comunes a otros tipos de centrales eléctricas.

Como vimos en la miniunidad anterior, la primera central eléctrica en tener éxito comercial fue una central térmica construida por Edison en el año 1882. Todavía hoy son centrales de gran importancia, más del 40 % de la energía eléctrica consumida en España proviene de centrales térmicas convencionales.

2.2. Centrales térmicas clásicas. Funcionamiento

En una central térmica clásica se quema carbón o fuel oil en una caldera, un recipiente que tiene en su interior tuberías en forma de serpentín. Por un extremo del serpentín entra agua líquida. Gracias al calor de los gases calientes de la combustión, el agua se calienta rápidamente hasta hervir y salir en forma de vapor de agua a gran presión.

El vapor se conduce hasta una turbina, que comparte eje con un generador eléctrico. La presión del vapor hace girar a la turbina y el generador produce electricidad. El vapor que sale de la turbina ya no tiene energía. Es necesario condensarlo (convertirlo en agua) para volver a utilizarlo en la caldera y cerrar el ciclo. Se hace mediante un condensador, un recipiente que tiene un serpentín de agua. Una torre de refrigeración enfría el agua que utiliza el condensador (veremos cómo funciona en la miniunidad sobre la central nuclear).

2.2. Centrales térmicas clásicas. La turbina de vapor

En la sala de turbinas de una central térmica hay grupos turbina de vapor-generador. El rotor de una turbina está formado por varios discos con paletas (llamadas álabes). Los álabes son como aspas de un molino: cuando sobre ellos impacta vapor de agua a presión, ejercen una fuerza tangencial sobre el eje del rotor, obligándole a girar.

2.3. Turbinas de gas. Introducción

En algunas centrales térmicas se utilizan turbinas de gas, en lugar de turbinas de vapor. Las turbinas de gas son motores de combustión interna. Queman un combustible en su interior y funcionan (producen rotación en su eje) gracias a la presión que ejercen los gases generados en la combustión sobre una turbina. Tienen una gran ventaja: generan mucha potencia con un peso y un tamaño muy reducidos. Un tipo de turbina de gas que seguramente conoces son los motores de los aviones a reacción. Las turbinas de gas usadas en las centrales son prácticamente como motores de avión, pero inmovilizados en el suelo.

2.3. Turbinas de gas. Funcionamiento

Un compresor (formado por discos con álabes) toma aire del exterior y lo comprime en unas cámaras de pequeño tamaño, las cámaras de combustión. En las cámaras de combustión se inyecta gas natural, que se quema inmediatamente. En la combustión se crean gran cantidad de gases que salen a alta velocidad de las cámaras de combustión. Antes de salir del motor hacia la chimenea, los gases pasan a través de una turbina, a la que hacen girar. La turbina está unida en el mismo eje al compresor y a un generador, de modo que, al girar, hace que el compresor comprima más aire y que el generador produzca electricidad.

1. Compresor. Succiona aire y lo comprime en las cámaras de combustión.

2. Cámara de combustión. En su interior se quema gas natural y se crean gases de escape que hacen girar la turbina

3. Turbina. Impulsa el generador y el compresor.

4. Chimenea. Evacua los gases de escape

5. Generador. Impulsado por la turbina, produce electricidad

2.4. Centrales de ciclo combinado. Introducción

Las centrales térmicas más avanzadas son las de ciclo combinado. Reciben este nombre porque funcionan combinando dos tipos de turbinas: una de gas y una de vapor. Son centrales muy eficientes. Mientras que una central clásica aprovecha un 35 % de la energía (el 35 % de la energía contenida en el carbón o en el fuel oil se transforma en electricidad), en una central de ciclo combinado se aprovecha un 55 %. Necesitan menos combustible para generar la misma cantidad de energía que una central clásica, lo que tiene dos consecuencias:

1. Contaminan menos: emiten menos cantidad de CO2 y otros contaminantes que una central clásica, aunque siguen contaminando de forma importante.

2. Son muy rentables para las empresas energéticas: es necesario comprar menos combustible para vender la misma cantidad de electricidad. Además son centrales más baratas y rápidas de construir.

Por estas dos razones, en los últimos años se han construido decenas de centrales de ciclo combinado en España, centenares en todo el mundo.

2.4. Centrales de ciclo combinado. Funcionamiento

Las centrales de ciclo combinado disponen de dos turbinas: una de gas y una de vapor. En la turbina de gas se quema el combustible, normalmente gas natural. El rendimiento de esta turbina es del 35 %. En una central clásica el resto de la energía, el 65 %, se perdería por la chimenea en forma de calor. En las centrales de ciclo combinado se aprovecha el calor de los gases calientes que salen de la turbina de gas para calentar agua y generar más electricidad mediante una turbina de vapor. Los gases calientes se hacen pasar a través de un intercambiador de calor, una tubería en forma de serpentín por donde circula agua. Entra agua fría y sale vapor de agua a gran presión, que va a parar a una turbina de vapor unida a un generador. La combinación de los dos ciclos, el ciclo de gas y el ciclo de vapor, da como resultado que un 55 % de la energía se convierte en electricidad.

2.5. Cogeneración

En muchas industrias, hospitales o grandes complejos hoteleros se necesita generar una cantidad importante de calor para llevar a cabo un proceso industrial o para calefacción. En lugar de instalar una caldera y obtener calor directamente, se puede optar por poner una pequeña planta eléctrica, como un generador diésel o una turbina de gas, y aprovechar el calor residual que genera. Una parte de la electricidad que produce la planta es consumida por el productor y el resto se vende, inyectándose a la red eléctrica. Esto es lo que se conoce como cogeneración, es decir, generar simultáneamente electricidad y calor.

Los beneficios de la cogeneración son enormes ya que se consigue aprovechar hasta un 90 % de la energía contenida en el combustible (un 35 % para producir electricidad y un 55 % para generar calor), disminuyendo la contaminación generada y la necesidad de importar combustible.

2.6. Centrales térmicas en España

Alrededor de un 43 % de la electricidad consumida en España proviene de la quema de un combustible fósil (fundamentalmente gas natural, carbón y fuel oil) en centrales térmicas. El 23 % de la energía eléctrica consumida en el año 2010 se obtuvo mediante centrales térmicas de ciclo combinado. La cogeneración produjo cerca del 11 % del total y las centrales térmicas clásicas, que utilizan carbón y fuel oil, un 9 %.

2.7. Ventajas e inconvenientes de las centrales térmicas

VENTAJAS:

- Son centrales relativamente baratas de construir, especialmente las modernas centrales de ciclo combinado. 

- A diferencia de otras centrales, se pueden encender y apagar en cualquier momento, lo que permite adaptar su producción a la demanda eléctrica.

- Son las centrales eléctricas más rentables desde el punto de vista económico.

INCONVENIENTES:

- Generan gases contaminantes que afectan seriamente al medio ambiente. El dióxido de carbono que desprende la quema de combustibles fósiles contribuye al calentamiento global. Las centrales de carbón pueden producir deforestación a consecuencia de la lluvia ácida.

- España tiene muy pocos yacimientos de combustibles fósiles. Una parte importante de la riqueza del país se va diariamente en la compra de combustible a otros países.

2.8. Otros tipos de centrales térmicas

Además de las que hemos estudiado, hay otros tipos de centrales que funcionan transformando energía calorífica en energía eléctrica, y que, por lo tanto, también son centrales térmicas

:

Las centrales nucleares consiguen la energía calorífica que necesitan gracias a la fisión de átomos de uranio y plutonio.

Las centrales termosolares toman el calor de la radiación solar.

Las centrales geotérmicas extraen energía calorífica del interior de la tierra inyectando agua líquida y captando vapor de agua a gran presión.

Las centrales de biomasa queman combustibles de origen biológico, como restos de poda, paja de cereales o astillas de madera provenientes de aserraderos o de la industria del mueble.



Prueba Final: La Central Térmica