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CENTRALES TÉRMICAS CONVENCIONALES

      Las centrales térmicas son instalaciones industriales destinadas a la producción de energía eléctrica. Se basan en la transformación de la energía química  en energía térmica (por combustión) y la energía mecánica (rotación de las turbinas), en energía eléctrica (en los generadores).

     Las centrales térmicas convencionales calientan agua hasta transformarla en vapor a alta presión y temperatura. Este vapor generado es transportado por tuberías hasta llegar a una batería de turbinas cuyo eje está conectado a un generador de corriente que, por el fenómeno de inducción electromagnética, transforma la energía mecánica en energía eléctrica.

        Las centrales térmicas necesitan agua, de ahí su localización en las proximidades de ríos o lagos, para refrigerar. La refrigeración es necesaria para mantener en funcionamiento el vapor que transporta la energía desde las calderas a las turbinas. Una vez utilizado en mover las turbinas y el generador, el vapor se convierte en vapor “muerto”, y debe transformarse de nuevo en un fluido de alta densidad (agua líquida), para que pueda recibir otra vez la transferencia de calor de la caldera térmica.
        Los elementos de una central térmica convencional son:

Depósito de combustible: Instalaciones dispuestas para el almacenamiento del combustible utilizado por la central. Este combustible puede ser: carbón, gas natural, derivados del petróleo (fuel-oil, gasóleo).
Calderas: Fabricadas con materiales resistentes a altas presiones y temperaturas, en ellas se transforma la energía química en calorífica.
Chimeneas: Lugar por donde se expulsan lo gases y subproductos resultantes de la combustión de los combustibles fósiles empleados en la central. Dependiendo del combustible empleado los efectos contaminantes son distintos.
Generador de vapor: A partir de la energía calorífica generada, en función del poder calorífico del combustible empleado, es aquí donde se genera el vapor a presión. Mediante la combustión en el horno, el agua de la caldera se hace hervir y se produce vapor sobrecalentado y altas presiones.
Batería de turbinas: Suele estar formada por tres turbinas. La primera recibe el vapor generado a mayor presión, parte de este vapor pasa a la segunda turbina a media presión y el resto del vapor es reconducido a un precalentador para aprovechar la energía interna que aún posee este vapor. Se vuelve a repetir el proceso en la turbina de media presión, y el exceso de vapor se emplea en otra turbina de baja presión. Parte del vapor saliente de esta tercera turbina se conduce al precalentador y la otra al condensador.
F       Recalentador o sobrecalentador: su funciónes evaporar las partículas de agua líquida que acompañan al vapor procedente de la caldera, mienrtas que los precalentadores aprovechan la energía interna que contiene el vapor que procede de la turbina de alta y media presión.
F    Condensador.- se encarga de condensar el vapor de agua procedente de las turbinas. Está refrigerado por un circuito de agua independiente. Puede ser un circuito abierto o cerrado       La refrigeración en circuito abierto consiste simplemente en hacer pasar el agua de un río, embalse o el mar por el circuito del condensador. Una vez transferido el calor, se devuelve íntegramente a la masa de agua.       El circuito cerrado requiere un volumen de agua mucho menor. El vapor pasa primero a una torre de enfriamiento, donde circula por finas rejillas que aseguran la transferencia de calor a la atmósfera. El proceso no es completamente cerrado, porque parte del agua se pierde por evaporación en la atmósfera. Es necesario alimentar el circuito con un suplemento de agua fresca procedente de un río o embalse.
F    Torre Generador de vapor: A partir de la energía calorífica generada, en función del poder calorífico del combustible empleado, es aquí donde se genera el vapor a presión. Mediante la combustión en el horno, el agua de la caldera se hace hervir y se produce vapor sobrecalentado y altas presiones.
Generador de corriente: la batería de turbinas son solidarias al mismo eje, así, conseguimos que la energía mecánica total obtenida es la suma de la producida por cada una de las turbinas. Esta energía se transmite al generador produciendo corriente alterna trifásica.
Transformador: antes de pasar la energía eléctrica generada en la central a la línea de distribución, se la hace pasar por un transformador para aumentar su tensión y evitar pérdidas durante el transporte por la red de distribución de alta tensión.

     Animación interactiva obtenida de UNESA

             

Centrales térmicas de ciclo combinado

        Esta central utiliza gas natural como combustible y para generar electricidad emplea la tradicional turbina de vapor y una turbina de gas que aprovecha la energía de los gases de escape de la combustión. Con ello se consiguen rendimientos termoeléctricos del orden del 55%, muy superior al de las plantas convencionales.
       1.- El proceso de generación de energía eléctrica en una planta de Ciclo Combinado comienza con la aspiración de aire desde el exterior conducido al compresor de la Turbina de Gas a través de un filtro.
       2.-  El aire es comprimido y combinado con el combustible (gas natural) en una cámara donde se realiza la combustión. El resultado es un flujo de gases calientes que al expandirse hacen girar la Turbina de Gas proporcionando trabajo. Un Generador acoplado a la Turbina de Gas transforma este trabajo en energía eléctrica.
        3.- Los gases de escape que salen de la Turbina de Gas pasan a la caldera de recuperación de Calor. En esta caldera se extrae la mayor parte del calor aún disponible en los gases de escape produciendo vapor de agua a presión para la turbina de vapor. Finalmente los gases se devuelven a la atmósfera después de haber pasado por la chimenea.
       4.- El vapor que sale de la Turbina de Vapor, pasa a un condensador donde se transforma en agua. Este condensador es refrigerado mediante aire o agua, el aire circula por la superficie del condensador, lo que ocasiona la disipación del calor latente contenido en el vapor a la atmósfera.
       5.- Posteriormente el agua es bombeada a alta presión hasta la Caldera de Recuperación para iniciar nuevamente el ciclo.

Esquema de ciclo combinado obtenida de UNESA

                                                     

El equipamiento principal que incluyen las plantas de ciclo combinado es el siguiente:
      Una  Turbina de Gas, que proporcionan 2/3 de la potencia total de la planta.
      Una Turbina de Vapor, que proporcionan 1/3 de la potencia total de la planta.
     Una s Caldera de Recuperación de calor. Este equipo genera vapor de agua aprovechando la energía disponible en los gases de escape de la Turbina de Gas, el cual se expansiona en la Turbina de Vapor. En este tipo de instalaciones se dispone de una caldera de Recuperación por cada Turbina de Gas.
      Estación medidora y reductora de la presión del gas natural.
      Sistema de control basado en microprocesadores para la central.
     Sistema de refrigeración cuyo fin último es condensar el vapor expansionado en la Turbina de Vapor de forma que el agua condensada pueda ser alimentada de nuevo en la Caldera de Recuperación.
                                               Animación obtenida de UNESA

                                             Animación obtenida de Electrabel

Ventajas y desventajas ambientales
                    Gas natural como combustible. El gas natural es el combustible fósil más limpio de la Naturaleza.
                    Son las generadoras de energía más adecuadas para cumplir con los objetivos del Protocolo de Kioto, que obliga a sus firmantes a reducir sus emisiones en dióxido de carbono.
                    Emisiones de dióxido de azufre son inapreciables debido a la utilización del gas natural como combustible.
 35 % menos de consumo de combustible que una central convencional
                   Consumo de agua reducido frente a las centrales convencionales (1/3 de lo que consume una central de ciclo simple de fuel o carbón) debido a que la turbina de gas no precisa de refrigeración alguna y únicamente se requiere agua para el ciclo de vapor.

     Según los diferentes grupos ecologistas las ventajas no están tan claras frente a las otras centrales térmicas convencionales:

                   Pero no debemos olvidar, que en muchos casos este tipo de centrales no se ajusta a los acuerdos de Kioto y que:
                    No debe ignorarse su contribución al cambio climático, las fugas accidentales de metano (CH4, componente casi exclusivo del gas natural) con un potencial de calentamiento a 20 años 56 veces mayor que el de una cantidad igual de CO2.
                   Un balance similar ofrecen las emisiones de óxidos de Nitrógeno (NOx). Estas sustancias son componentes de las llamadas lluvias ácidas y se producen por reacción directa del Nitrógeno y el Oxígeno del aire al elevarse la temperatura. También son precursores de la formación de Ozono troposférico, un peligroso contaminante.
                     Este tipo de centrales necesitan mucha refrigeración ubicándose en las riberas de los ríos, para disponer de agua de refrigeración, y en zonas naturales poco pobladas, donde los terrenos son más baratos. Las consecuencias negativas diversas. Por un lado, además del consumo de agua en sí, elevan la temperatura del agua y el aire cercanos, cambiando las condiciones naturales del entorno. Su el emplazamiento en terrenos naturales impide el desarrollo de prácticas agrícolas, ganaderas o de turismo rural.
                    Otro problema añadido es que gas natural, se importa principalmente del Norte de África, en España las existencias son reducidas, creándose una dependencia directa de otros países y de los vaivenes de los precios del mercado internacional, similares a los del petróleo.
                    La utilización creciente de gas también implica la construcción de nuevas infraestructuras (gaseoductos, depósitos, regasificadoras, transporte marítimo, etc.) con los impactos medioambientales y los problemas de seguridad consiguientes. Además, la sustitución del carbón nacional como materia prima conlleva la paulatina desaparición de la industria minera, con los problemas sociales y económicos derivados