Artículo revisado por Jesús Andrade, ingeniero electrónico y MBA por ESIC, quien combina veinte años de experiencia en la creación de luminarias de emergencia y dispositivos de prevención de riesgos con una sólida formación en dirección empresarial. Actualmente, Andrade es CTO en SVE Worldwide, empresa especializada en el desarrollo de soluciones de prevención para la industria.
La importancia de la electricidad
La mayoría de nosotros no somos conscientes de la importancia que tiene la electricidad en nuestras vidas, a menos que hayamos sufrido los efectos de un apagón durante unas horas y hayamos descubierto que no podemos hacer el 90 % de las cosas a las que estamos acostumbrados. Acciones cotidianas como encender la luz, cargar el teléfono móvil o mantener los alimentos frescos en el frigorífico se producen gracias al sistema eléctrico, que hace llegar la electricidad a cada hogar. Puede que pienses que la magia existe y es la que permite que no tengas que ir al supermercado todos los días, pero la realidad es bastante más compleja (alerta de spoiler). Si quieres aprender un poco sobre este tema apasionante, te invito a que sigas leyendo.
Índice
Sistemas de producción tradicionales basados en energía fósil vs. sistemas renovables
Sistemas basados en el giro mecánico de un alternador vs. energía fotovoltaica.
Sistemas de generación convencionales
Partes del sistema eléctrico
El sistema eléctrico se divide en tres partes muy diferenciadas: los sistemas de generación, los consumidores y la red de distribución, que lleva la electricidad desde los sistemas de generación hasta los consumidores y es la parte más difícil de explicar. En este post nos vamos a centrar en el primer elemento, que son los sistemas de generación.
Tipos de sistemas de generación de energía eléctrica
Existen varias clasificaciones para diferenciar los distintos tipos de generación de energía eléctrica:
Sistemas de producción tradicionales basados en energía fósil vs. sistemas renovables
Posiblemente ya conozcas esta primera diferenciación. Básicamente, los sistemas de generación que te vienen a la cabeza cuando hablamos de generar energía mediante gas, petróleo, carbón o uranio (componente necesario para las plantas de energía nuclear) son los tradicionales; esto se debe a que los hemos estado utilizando durante muchísimos años. Como ya sabrás, el uso de estas fuentes de energía produce efectos contaminantes nocivos para el medio ambiente, principalmente la emisión de cantidades ingentes de CO2 a la atmósfera.
Como principal alternativa a los sistemas de generación de energía tradicionales, aparecen los sistemas renovables, caracterizados por utilizar recursos naturales para la generación de energía de una forma sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Plantas hidroeléctricas que utilizan el agua como elemento principal, aerogeneradores impulsados por el viento o paneles fotovoltaicos que aprovechan la energía del sol son ejemplos de sistemas de generación de energía renovable.
Sistemas basados en el giro mecánico de un alternador vs. energía fotovoltaica
¿Cómo funcionan las fuentes de energía tradicionales?
La mayoría de los sistemas convencionales y los aerogeneradores o las plantas hidroeléctricas (energía renovable) basan la producción de energía en el giro mecánico o rotativo del eje de un generador. Como el objetivo de esta entrada no es que apaguéis el ordenador y os deis a la bebida, digamos que el calor producido por la quema de gas o petróleo, o el movimiento de las palas de un aerogenerador, producen un movimiento que, gracias al electromagnetismo, llega a producir corriente.
¿Cómo funciona un panel solar?
La energía fotovoltaica, en cambio, no precisa del movimiento rotativo de un generador: genera corriente eléctrica cuando varios materiales (semiconductores como el silicio cristalino o el arseniuro de galio) son expuestos a una fuente de luz (efecto fotoeléctrico). La energía fotovoltaica es capaz de convertir la luz del sol (fotones) en energía eléctrica.
Con todo, esta sería la categorización que podríamos aplicar a cada sistema de generación eléctrica. Vamos ahora a aprender un poco más sobre cada uno de estos sistemas aplicando la primera categorización de sistemas convencionales vs. renovables.
Sistemas de generación convencionales
Entre los tipos de centrales eléctricas convencionales, podemos destacar las siguientes:
1)Centrales termoeléctricas o térmicas: transforman la energía química de los combustibles fósiles (calor) en energía eléctrica. Su funcionamiento es muy similar independientemente de la fuente energética a utilizar.
1.1) Convencionales: la energía se obtiene mediante la quema de materias primas fósiles y no renovables como carbón, gas natural, petróleo o fuel.
1.2) Ciclo combinado: similares a las convencionales, pero solo usan gas natural. Su funcionamiento es más complejo, ya que cuentan con dos turbinas diferenciadas: una de gas y otra de vapor, que trabajan en conjunto. Tienen una eficiencia mayor.
1.3) Nucleares: generan electricidad a partir de la energía térmica producida mediante reacciones de fisión (división de núcleos de átomos) en la vasija de un reactor nuclear. El elemento clave de una central nuclear es el reactor, donde se aloja el combustible nuclear y donde se producen las reacciones nucleares en cadena que liberan la energía térmica. Al igual que en las anteriormente mencionadas, el calor se utiliza para calentar agua hasta convertirla en vapor a alta presión y temperatura. Este vapor hace girar la turbina, que está conectada al generador que transforma la energía mecánica del giro de la turbina en energía eléctrica, lista para su utilización industrial o doméstica.
Sistemas de energías renovables
Respecto a los sistemas renovables, disponemos de los siguientes tipos de generación de energía eléctrica renovable:
¿Cómo funciona la energía hidroeléctrica?
1) Energía hidroeléctrica: las centrales de energía hidroeléctrica emplean una turbina para convertir en electricidad la energía que lleva el agua al caer desde cierta altura. En esta turbina, el agua se conduce hacia el interior para introducirla en las aspas situadas en el borde de un eje que acciona un generador eléctrico. La potencia viene determinada por la altura de la caída del agua entrante. Son una de las fuentes de energía más baratas y arrojan emisiones muy bajas, en su mayoría derivadas del cemento y el acero empleados para su construcción.
¿Cómo funciona un aerogenerador?
2) Energía eólica: como hemos comentado antes, una turbina eólica moderna típica tiene tres palas montadas sobre un eje horizontal, cada una de ellas de unos 60 metros de largo, que mueve un generador de electricidad. La energía eólica apenas genera, en esencia, ningún calentamiento global ni ninguna contaminación; tan solo lleva asociada una pequeña cantidad de emisiones de CO2 derivadas de los combustibles fósiles utilizados para la construcción y el funcionamiento de los parques eólicos.
¿Cómo funciona la energía fotovoltaica?
3) Energía fotovoltaica: la principal fuente energética es la luz del sol que recibimos todos los días. El silicio aparece como el principal material utilizado en los paneles solares; el resto se compone de otros materiales fotovoltaicos, como arseniuro de galio y teluro de cadmio.
La energía solar fotovoltaica que ya está en funcionamiento no genera ninguna contaminación ni ningún gas de efecto invernadero y ofrece una forma segura de producir electricidad. No tiene partes móviles, lo que reduce el mantenimiento, y tampoco arroja contaminación acústica ni necesita agua (salvo una cantidad mínima para limpiar los paneles). Para su fabricación se emplean algunos materiales peligrosos, pero en cantidades pequeñas, y energía de combustibles fósiles; pero, como los paneles duran treinta años o más, la huella de carbono de su producción eléctrica asciende tan solo a alrededor del 10 % de la de las centrales eléctricas con turbina de gas.
¿Qué fuentes de energía alternativas existen?
4) Biomasa: por biomasa entendemos toda la materia orgánica que se puede utilizar como fuente de energía. Su origen puede ser tanto animal como vegetal y puede obtenerse tanto de manera natural como de transformaciones químicas llevadas a cabo en las centrales de biomasa. La biomasa se puede clasificar en tres categorías: natural (se produce sin intervención humana), residual (tiene origen humano) y producida (campos energéticos donde se cultivan especies concretas para su aprovechamiento energético).
5) Solar térmica: la energía solar térmica, o termosolar, es un tipo de energía renovable que aprovecha la energía del sol para generar energía térmica o eléctrica. A diferencia de las placas fotovoltaicas, que generan electricidad a partir de los fotones de luz, esta energía aprovecha la radiación para calentar un fluido. Este fluido caliente tiene diferentes usos, como calefacción, agua caliente sanitaria y otros procesos que demanden calor.
Además de los sistemas renovables mencionados, conviene destacar otras fuentes renovables cuya aportación puede ser más reducida en comparación con la eólica o la fotovoltaica, pero que, a pequeña escala o en determinadas zonas geográficas, pueden ganar mayor relevancia:
6) Mareomotriz: energía de las mareas.
7) Energía undimotriz: fuerza de las olas.
8) Energía geotérmica: calor interno de la Tierra (limitada a las regiones del mundo con mucha actividad geológica).
Para ponértelo un poco más fácil, incluimos un resumen visual de las principales fuentes de generación eléctrica de las que hemos estado hablando:
Bueno, ya está, has llegado al final de este post. ¡Enhorabuena! Esperamos que hayas disfrutado este post sobre los diferentes tipos de fuentes de generación de energía eléctrica. En los siguientes capítulos continuaremos analizando cómo puedes cargar tu teléfono móvil o encender el ordenador gracias al sistema eléctrico.