Los combustibles sintéticos cumplen un papel fundamental en la transición hacia una movilidad más limpia mediante la descarbonización del transporte.
Central térmica
Una central térmica es una instalación industrial que se utiliza para generar energía eléctrica a partir de la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural, carbón o uranio, según su tipología.
¿Qué es una central térmica? ¿Y cómo funciona?
Una central térmica (o termoeléctrica) es una instalación en la que se transforma la energía química de los combustibles fósiles en energía eléctrica.
El esquema de funcionamiento de todas es prácticamente el mismo, independientemente de que utilicen carbón, fuel o gas como combustible.
De forma resumida se puede decir que la producción de energía eléctrica en la central térmica pasa por los siguientes pasos:
- El combustible (petróleo, gas natural o carbón) se quema en una caldera para obtener calor (energía térmica).
- A partir de esa energía calorífica, el agua, que sube por la caldera a través de un serpentín, se calienta y se va transformando en vapor de agua a alta presión.
- El vapor de agua se libera y acciona las palas de la turbina, que convierte esa energía térmica (calor) en energía mecánica de rotación, la cual a su vez hace girar el alternador.
- El alternador o generador de corriente alterna transforma la energía mecánica de rotación en energía eléctrica, que se vierte en la red.
- La corriente eléctrica se genera a unos 20.000 voltios y se pasa a los transformadores para elevar la tensión hasta unos 400.000 voltios, para su posterior traslado hasta los puntos de consumo.
Así, la principal característica de una central térmica es que la energía necesaria para mover las turbinas, y, por tanto, poner en marcha el generador de electricidad, se obtiene a partir del vapor a presión liberado al calentar el agua de su sistema.
Tipos de centrales térmicas o termoeléctricas
Según el tipo de combustible utilizado para calentar el agua (la energía térmica) tendremos principalmente tres tipologías de centrales termoeléctricas:
- Convencionales. La energía se genera a partir de la quema de combustibles fósiles no renovables, como carbón, gas natural y en menor medida petróleo o fuel.
- De ciclo combinado. Es una variante de la anterior, se caracteriza porque el combustible utilizado es únicamente el gas natural.
- Nucleares. En este tipo, el combustible empleado para calentar el agua es el uranio o el plutonio, a través de las reacciones de fisión nuclear en cadena que se producen en su reactor.
Las térmicas suelen situarse próximas al mar o ríos para poder abastecerse del agua necesaria para el ciclo de refrigeración.
Centrales térmicas convencionales
Se denomina central térmica clásica o de ciclo convencional a aquella que utiliza combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas natural). Son, por tanto, fuentes de energía no renovables que sirven para generar energía eléctrica mediante un ciclo termodinámico de agua-vapor.
El término convencional se utiliza para diferenciarlas de otras como las de ciclo combinado o las nucleares.
Centrales térmicas de ciclo combinado
Tanto las centrales térmicas convencionales como las de ciclo combinado utilizan combustibles fósiles para generar energía eléctrica, pero se diferencian en que las convencionales pueden utilizar distintos combustibles como diésel, carbón o fuel, mientras que las de ciclo combinado solo emplean gas natural.
Esto supone un funcionamiento distinto, algo más complejo que el de las convencionales, ya que las centrales térmicas de ciclo combinado cuentan con dos turbinas: una de gas y otra de vapor, que trabajan en conjunto.
Como cabía esperar, el proceso implica la puesta en marcha de dos ciclos consecutivos: el ciclo de Brayton, que corresponde a la turbina de gas convencional, y el ciclo de Rankine, que opera con la turbina de vapor.
Centrales térmicas nucleares
Una central térmica nuclear es una instalación industrial en la que se genera 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 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.
Componentes de una central térmica
Estos son los elementos principales de una central térmica:
Tratamiento del agua. Para llenar el circuito de agua-vapor se utiliza agua desionizada, que se obtiene, por tratamiento químico, del agua procedente de la red urbana. Durante el tratamiento se eliminan las sales disueltas (sulfatos, cloruros, silicatos cálcicos, etc.) para obtener un agua químicamente pura.
Generador de vapor. El combustible se conduce hacia los quemadores donde se producirá la combustión, para la que hará falta una chispa y oxígeno. Para ello, mediante unos ventiladores se introduce oxígeno precalentado a la caldera para aumentar el rendimiento de la combustión. El calor producido transforma el agua en vapor que se envía hacia las turbinas de vapor.
Turbina. La energía térmica contenida en el vapor a alta temperatura y presión se transforma en energía mecánica en la turbina y la hace girar. Esta, a su vez, hará girar el alternador. La turbina, que gira a una velocidad fija de unas 3.000 revoluciones por minuto, suele ser de un eje y está constituida por cuatro cuerpos separados: uno de alta presión, otro de media presión y dos de baja presión.
Alternador o generador de corriente alterna. El alternador convierte la energía mecánica producida en la turbina en energía eléctrica que se verterá a la red. El alternador se refrigera por hidrógeno en un circuito cerrado que a su vez se enfría por el agua del mar o del río en una instalación especial de refrigeración.
Circuito de refrigeración. El agua se toma del mar o de un río, se conduce a una cámara de decantación y, posteriormente, se filtra para eliminar otros residuos. Unas bombas envían el caudal al condensador. Una vez utilizada y enfriada, esta agua vuelve al mar o al río mediante un canal de desagüe.
Combustibles utilizados y eficiencia
Las centrales térmicas convencionales utilizan principalmente combustibles fósiles para generar energía. Los más comunes son:
Carbón. Durante décadas fue el combustible más empleado por su gran abundancia y su bajo coste. Sin embargo, debido a su alto impacto ambiental, su uso se ha reducido considerablemente, aunque sigue siendo utilizado.
Fuelóleo. Se trata de un derivado del petróleo que se emplea habitualmente como respaldo, no como fuente de energía principal.
Gas natural. En la actualidad, es el combustible más empleado en centrales de ciclo combinado. Se trata de una fuente de energía muy eficiente y sus emisiones contaminantes son menores que en los otros casos.
El uso de uno u otro combustible puede afectar a la eficiencia energética de la central térmica.
Las convencionales pierden parte de la energía en forma de calor, ofreciendo una eficiencia que oscila entre el 35 % y 40 %, mientras que las de ciclo combinado pueden alcanzar el 60 % de eficiencia porque aprovechan el calor residual gracias a una segunda turbina de vapor.
Cabe destacar que, más allá del combustible, otros factores como la tecnología empleada, el mantenimiento de las instalaciones y las condiciones medioambientales inciden, igualmente, en el rendimiento energético de las centrales termoeléctricas.
Impacto medioambiental y desafío energético
El funcionamiento de las centrales térmicas tiene un fuerte impacto en el medioambiente, sobre todo cuando se trata de las que utilizan combustibles fósiles. Te enumeramos los más importantes:
Emiten gases contaminantes como el dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y azufre (SO2). Se trata de gases que se consideran responsables del efecto invernadero, la lluvia ácida y problemas respiratorios.
Generan residuos como las cenizas y las escorias de carbón que, si no se gestionan de manera adecuada, pueden llegar a contaminar el suelo y las aguas subterráneas.
Pueden ocasionar contaminación térmica por el uso de grandes volúmenes de agua para refrigerar el ciclo térmico. Esto puede desestabilizar los ecosistemas de ríos y mares cercanos.
En vista de esta información, el desafío global es el de intentar garantizar el suministro eléctrico sin comprometer el medioambiente. La respuesta son las centrales térmicas renovables.
Las centrales térmicas renovables: la evolución sostenible
En los últimos años, hemos sido testigos de los últimos avances en fuentes de energía alternativas necesarias para el proceso de descarbonización impulsado por el llamado Pacto Verde Europeo.
Así, han surgido las denominadas centrales térmicas renovables, una alternativa sostenible a las centrales convencionales.
Estas instalaciones funcionan con el mismo principio básico de utilizar el calor para generar energía, solo que, en vez de usar combustibles fósiles, utilizan fuentes de energía renovables como la biomasa o la energía solar térmica.
Tipos de centrales térmicas renovables
Actualmente, las centrales térmicas renovables principales son 3:
- De biomasa. Queman residuos orgánicos para calentar el agua, generar vapor y mover una turbina. Valorizan los residuos locales. Si bien es cierto que emiten CO2, se considera una emisión neutra, pues el carbono que se libera fue previamente captado por las plantas.
- Solares. Las termosolares se sirven de la energía solar para calentar un fluido térmico (puede ser agua, pero también aceites o sales fundidas), gracias a espejos parabólicos o colectores solares.
- Geotérmicas. En este caso, lo que se utiliza es el calor de la tierra para generar electricidad renovable.
Ventajas de las centrales termoeléctricas renovables
Las centrales termoeléctricas renovables son una de las grandes apuestas para el cumplimiento con los objetivos climáticos establecidos en la hoja de ruta de Europa para una transición energética. El objetivo es que Europa se dirija hacia el uso de fuentes de energía menos contaminantes que favorezcan también una mejor gestión de los recursos locales.
Las ventajas más relevantes de esta alternativa a las térmicas tradicionales son cuantiosas:
Reducen las emisiones y la huella de carbono, pues no queman combustibles fósiles, por lo que ayudan a mitigar el cambio climático.
Emplean recursos que son inagotables a escala humana y permiten asegurar una disponibilidad a largo plazo.
Potencian la independencia energética a la importación de energía, dado que utilizan recursos locales.
Impulsan las economías locales creando puestos de trabajo específicos para la construcción, operación y mantenimiento de las infraestructuras, pero también para la gestión de los recursos como cultivar biomasa, realizar perforaciones geotérmicas, etc.
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