1. ASPECTOS GENERALES DE LA GENERACIÓN ENERGÉTICA

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1 1. ASPECTOS GENERALES DE LA GENERACIÓN ENERGÉTICA
José Ramón Aranda Sierra Miguel Ángel Rodríguez Pozueta Tecnología Energética. Semana 8 G1132- SISTEMAS ENERGÉTICOS

2 GENERACIÓN ENERGÉTICA
1.1. Introducción Central Eléctrica Historia En 1820 el investigador danés Oersted ( ) El físico ingles Faraday ( ) 1882: Primera central eléctrica c.c. New York por Edison Corriente alterna: Fábricas de luz Centrales: hidroeléctricas, térmicas, … Transporte de la Energía Eléctrica La toma de la Bastilla el 14 de julio de 1789 representó el símbolo del inicio de la Revolución francesa

3 ENERGÍA-TRABAJO-CALOR
Equivalencia entre calor y energía mgh = m (T2-T1) K K= 4,18 cal/J Rendimiento: (T1 – T2)/T1

4 CALOR = ENERGÍA = TRABAJO
Calcular la cantidad de calor que precisamos para calentar a 90 C un recipiente de 2 litros de agua que está a 20 C. La densidad del agua es 1000 kg/m3. 2 litros = 2 Kg Q = m . c . (t2-t1) = 2 Kg . 1 kcal/(°Kg) . (90°-20°) = 140 kcal = = cal x 4,185 J/cal = J Con una cocina de 2300 W a 230 V. El tiempo que tarda en calentar sería: I = P / V = 2300 / 230 = 10 A R =V/ I = 230/10 = 23 Ohm t = Q / P = Q / (R I2)= / ( ) = 254,7 s = 4,24 min

5 GENERACIÓN ENERGÉTICA
Energía Primaria Energía útil Pérdidas Energías intermedias Prestaciones de la Energía

6 ENERGÍA ELÉCTRICA ENERGÍA VERSÁTIL, CONTROLABLE, DE USO INMEDIATO Y LIMPIA. USO DOMÉSTICO USO INDUSTRIAL BIEN DE CONSUMO ESENCIAL: SE PRODUCE, SE TRANSPORTA, SE COMERCIALIZA Y SE CONSUME, PERO NO ES ALMACENABLE EN CANTIDADES SIGNIFICATIVAS (BATERÍAS, CENTRALES DE BOMBEO) NO SE PUEDE IDENTIFICAR LA PROCEDENCIA DE LOS MWh CONSUMIDOS (SÓLO APLICABLES LAS LEYES DE KIRCCHOFF) Índices de consumo per cápita: kWh/hab. año

7 Descripción general de una instalación eléctrica
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8 GENERACIÓN DE ENERGÍA La generación de energía eléctrica, se efectúa en las centrales, cuyo calificativo es función de la energía primaria utilizada (hidráulica, térmica, nuclear, eólica, …). En la generación se utilizan alternadores trifásicos, con frecuencia de 50 Hz en Europa, y de 60 Hz en América, como se comentará. Las tensiones de los generadores varían entre 6 y 25 kV. Para disminuir el coste del cable y las pérdidas de potencia inherentes a los conductores, es necesario elevar las tensiones a valores que oscilan entre 132, 220, y 400 kV; de este modo, respetando la potencia demandada, la intensidad es menor y las pérdidas se reducen en función del cuadrado de ésta. En las estaciones de transformación ubicadas en las mismas centrales se realiza esta operación.

9 GENERACIÓN ENERGÉTICA
ENERGÍA MECÁNICA DE ROTACIÓN TURBINA CALOR GENERADOR ELÉCTRICO FUENTE DE ENERGÍA PRIMARIA GENERADORES NO CONVENCIONALES ENERGÍA ELÉCTRICA CONVERSIÓN DIRECTA EN ELECTRICIDAD ENERGÍA MECÁNICA DE ROTACIÓN GENERADOR ELÉCTRICO TURBINA CENTRAL ELÉCTRICA

10 Centrales Eléctricas CLÁSICAS
C. Hidroeléctrica C. Térmica C. Nuclear Reactor Intercambiador Caldera Agua Agua (Potencial, Cinética) Vapor Calor Vapor Quemador Turbina Hidráulica T Turbina de vapor T Turbina de vapor T Generador G Generador G Generador G Red Red Red

11 GENERACIÓN ENERGÉTICA
En las centrales hidroeléctricas, el agua de una corriente natural o artificial, por efecto de un desnivel, cae con fuerza sobre el grupo turbina-alternador de la central dando lugar a la producción de energía eléctrica. Consideración de la generación con el agua de mar: mareas, olas, corrientes

12 Central Hidroeléctrica
El agua, una vez que ha cedido su energía, es restituida al rio aguas debajo de la central a través del canal de desagüe (socaz). 12

13 GENERACIÓN ENERGÉTICA
En las centrales termoeléctricas convencionales, determinados combustibles fósiles (carbón, fuelóleo, gas) son quemados en una caldera, lo que provoca la generación de una energía calorífica que vaporiza el agua que circula por una serie de conductos. Este vapor de agua acciona las palas de una turbina, convirtiendo así la energía calorífica en energía mecánica, la cual da lugar posteriormente a la generación de energía eléctrica.

14 Central Térmica de Carbón
Después de accionara las turbinas, el vapor de agua se convierte en líquido en el condensador (10). El agua que refrigera el condensador proveniente de un rio o del mar, puede operar en circuito cerrado, es decir, transfiriendo el calor extraído del condensador a la atmosfera mediante torres de refrigeración (11) o, en circuito abierto, descargando dicho calor directamente a su origen Circuitos: 4.- Circuitos auxiliares. Circuito de tratamiento del combustible Circuito de aire de combustión Circuito de tratamiento del agua de alimentación Circuito de mando 14

15 GENERACIÓN ENERGÉTICA
En las centrales termoeléctricas nucleares, la fisión de átomos de uranio por impacto de un flujo de neutrones provoca la liberación de una gran cantidad de energía. Esta calienta el fluido que circula por una serie de tubos, convirtiéndolo en un vapor que, a su vez, acciona un grupo turbina-alternador produciendo electricidad.

16 Central Nuclear PWR En los generadores de vapor, el agua del circuito secundario, sin mezclarse con la del circuito primario, se convierte en vapor, que se conduce al edificio de turbinas a través de las tuberías de vapor principal (2) para accionar los alabes de las turbinas de vapor(3). El vapor que sale de las turbinas pasa nuevamente a estado liquido en el condensador (7). El agua apara refrigerar se toma de un rio o del mar y, a través de una o varias torres de refrigeración (9), se enfría antes de devolverla a su origen. 16

17 Centrales Eléctricas OTRAS CENTRALES ELÉCTRICAS DE GAS
CENTRAL DE CICLO COMBINADO CENTRALES DE GAS (TURBINA DE GAS): COSTE DE INVERSIÓN ALTO, COSTE DE OPERACIÓN BAJO REGULACIÓN Quemador Aire Comprimido CENTRAL DE GAS Quemador Aire Comprimido Gas Gases combustión Turbina de gas Gas Turbina de gas Intercambiador Vapor G Gases combustión Generador CENTRALES DE CICLO COMBINADO TÉRMICAS (TURBINA DE GAS + TURBINA DE VAPOR): COSTE DE INVERSIÓN BAJO, COSTE DE OPERACIÓN DEPENDE DEL COSTE DEL GAS. USO CADA VEZ MÁS EXTENDIDO G Generador Turbina de vapor red G Generador red

18 Centrales Eléctricas CENTRALES NO CONVENCIONALES O DE ENERGÍAS RENOVABLES
CENTRALES EÓLICAS CENTRALES DE BIOMASA CENTRALES FOTOVOLTAICAS CENTRALES DE COGENERACIÓN

19 Centrales Eléctricas CENTRALES NO CONVENCIONALES O DE ENERGÍAS RENOVABLES
C. EÓLICA C. BIOMASA C. FOTOVOLTAICA C. COGENERACIÓN Generador Paneles Residuos Caldera Motor G Viento Vapor agua Gases combustión Fuel Radiación solar aire Turbina eólica cc otros usos Quemador Generador G Calor red Inversor cc/ca Turbina de vapor red c.a. G Generador red red

20 GENERACIÓN ENERGÉTICA
En las centrales termoeléctricas solares, la energía del sol calienta un fluido que, a su vez, transforma en vapor un segundo fluido que circula por una serie de conductos, siguiéndose a partir de aquí el ciclo ya descrito. Los demás sistemas que provienen del sol: Eólicas (viento), fotovoltaicas (luz)

21 Central Eólica Sobre una torre soporte (3) se coloca una góndola (2), que aloja en su interior un generador, el cual esta conectado, mediante una multiplicación, aun conjunto de palas (1). La energía electriza producida por el giro del generador es transportada mediante cables conductores (4) a un centro de control (6), desde donde una vez elevada su tensión por los transformadores (8), es enviada a la red general mediante las líneas de transporte de alta tensión (9). 21

22 Central Fotovoltaica El elemento básico de una central fotovoltaica es el conjunto de cédulas fotovoltaicas, que captan la energía solar, transformándola en corriente eléctrica continua mediante el efecto fotoeléctrico. Están integradas, primero, en módulos y luego se forman con ellos los paneles fotovoltaicos(1). Lógicamente, la producción de electricidad de dichas cédulas depende de las condiciones meteorológicas existentes en cada momento, fundamentalmente de la insolación. Dichas condiciones son medidas y analizadas con la ayuda de una torre meteorológica(2). 22

23 Centrales Eléctricas COMPARACIÓN ECONÓMICA DE TECNOLOGÍAS
Tamaño típico (MW) Coste central (€/kW) Tiempo de construcción (años) Poder Calorífico (Btu/kWh) Coste del combustible (€/MBtu) Combustible Nuclear 1.200 2.400 10 10.400 1,25 Uranio Carbón 500 1.400 6 9.900 2,25 Gas 100 350 2 11.200 4,00 Ciclo combinado 300 600 4 7.800 Hidráulica 1.700 - Btu (British Thermal Unit): calor requerido para elevar una libra de agua 1 ºF

24 COMPARACIÓN ECONÓMICA DE TECNOLOGÍAS
Centrales Eléctricas COMPARACIÓN ECONÓMICA DE TECNOLOGÍAS CENTRALES NUCLEARES: ALTOS COSTES DE INVERSIÓN, BAJOS COSTES DE OPERACIÓN (COMBUSTIBLE BARATO) CENTRALES DE GAS: BAJOS COSTES DE INVERSIÓN, ALTOS COSTES DE OPERACIÓN CENTRALES TÉRMICAS CONVENCIONALES: TÉRMINO MEDIO CENTRALES HIDRÁULICAS: ALTOS COSTES DE INVERSIÓN, COSTES DE OPERACIÓN DESPRECIABLES, ACOPLAMIENTO ESPACIO-TEMPORAL

25 DISTRIBUCIÓN DE CENTRALES EN ESPAÑA
Centrales Eléctricas DISTRIBUCIÓN DE CENTRALES EN ESPAÑA 25

26 CENTRAL HIDRÁULICA P(kW) = 9,81 .  .Q(m3/s) . H(m) Q(m3/s) Caudal de agua H(m) Salto neto Ejemplo: Un salto de 10 m y un caudal de 10 m3/s; el rendimiento global de 0,8: P(kW) = 784,8 kW Ejemplo: Un salto de 3 m y un caudal de 1 m3/s; el rendimiento global de 0,6: P(kW) = 17,7 kW

27 CENTRAL EÓLICA P (W) = 0, [D(m)]2 . [u(m/s)]3. D(m) diámetro de las aspas u(m/s) velocidad del viento Ejemplo: Un diámetro de 50 m y una velocidad de 10 m/s (36 km/h) P = 0, [D(m)]2 . [u(m/s)]3 = W = 740,65 kW Ejemplo: Un diámetro de 3,5 m y una velocidad de 10 m/s (36 km/h) P(W) = W

28 Descripción general de una instalación eléctrica
STILL: BAUM: 1 kV por milla Para L > 1000 km: Corriente continua 28

29 RED DE TRANSPORTE La energía del secundario de la estación transformadora pasa a la red de transmisión hasta abastecer a los centros de consumo. La distancia de la central al punto de consumo se ha ido aumentando merced a las limitaciones económicas de la ubicación de la central, próxima a las fuentes de energía, por la implantación de industrias en zonas de infraestructura, y por el crecimiento de las ciudades que aleja las centrales (nucleares). Estas distancias rondan los 300 Km.

30 RED DE TRANSPORTE BAUM, que recomienda 1 kV de tensión compuesta por milla

31 RED DE TRANSPORTE Sea cual fuese el resultado la tensión deberá ajustarse a las normalizadas en el Reglamento Técnico de Líneas Eléctricas de Alta Tensión. En España el valor mayor es de 420 kV, pero aumenta a 500 kV (E.E.U.U. y Rusia), 765 kV (Canadá) y se están estudiando líneas de y kV. Según el Reglamento citado en su artículo 3 define las tensiones nominales y la categoría de las líneas. Conviene insistir en los factores de los que depende el diseño de una línea: 1.- La potencia activa que se debe transportar. 2.- La distancia que se debe cubrir 3.- El coste. 4.- Consideraciones estéticas, de congestión urbana, facilidad de tendido, etc. REAL DECRETO 223/2008, de 15 de febrero, por el que se aprueban el Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en líneas eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias ITC-LAT 01 a 09.

32 RED DE DISTRIBUCIÓN La red de distribución se puede descomponer en dos niveles de alta tensión (A.T.) (primario y secundario) y otro en baja tensión (B.T.). La distribución primaria parte de una subestación con un salida de 45 a 132 kV, con una línea aérea inferior a los 100 Km. Servirá para alimentar a las grandes industrias y con la correspondiente subestación final a otras líneas menores. La distribución secundaria correspondería a las redes con una tensión de 3 a 20 kV, y con una longitud inferior a los 25 Km., formando una malla cerrada para la conexión con la red de B.T. Estas líneas suministrarían la electricidad a los pequeños consumidores industriales y realizarían la electrificación rural. En el abastecimiento de las grandes ciudades se utiliza el cable subterráneo, disponiéndose centros de transformación en los centros de las áreas de consumo donde se reduce la tensión a 230 y 400 V. La red de distribución en B.T. efectúa la entrega de la energía a los usuarios, formando una malla muy densa, con una tensión de 230 V para el alumbrado, y V para la industria. En la red de B.T. están las líneas de instalación que conforma el circuito eléctrico de un taller u hogar.

33 SITUACIÓN ENERGÉTICA DE ESPAÑA: UNA CIFRA
El consumo de electricidad anual de España es de GWh y la potencia instalada en España MW (2.008). Las pérdidas anuales por transporte son unos GWh. Mejorando el rendimiento en 1 por mil, supone 22,4 GWh/año. Una comisión sobre esta mejora del 4% (honorarios medios de proyectos de ingeniería son 4% sobre el presupuesto), y suponiendo el precio de 0,12 €/kWh: 22,4 x kWh/año x 0,12 €/kWh x 0,04 = €/año El premio de la ONCE es de €/año durante 25 años. Un ingeniero de 25 años que tenga este caso, a pesetas constantes y sin inflación, al jubilarse a los 70 años habrá ganado: 45 x = € frente a los € de la lotería (322,56%).

34 CONSUMO DE ENERGÍA Características del consumo de energía
Estas gráficas muestran las potencias instantáneas demandadas en función de las horas del día. Varían con la época del año y con el tipo de central. Hay variaciones de carga durante el día que quedan reflejadas en el gráfico de carga diario de una central. Se procura que una central funcione con su carga de máximo rendimiento. La variación del consumo a lo largo del día obliga a la regulación del funcionamiento de las centrales eléctricas.

35 Características de carga de una central eléctrica
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37 CURVA DE DEMANDA ANUAL Curva monótona de carga
El área de esta curva indica el total de energía en kWh suministrada en un año y la carga media anual se obtiene dividiendo la magnitud anterior por 8760 horas.

38 CONSUMO DE ENERGÍA Gráficos y curvas de carga
Las centrales pueden tener diferente funcionamiento de acuerdo a sus características con respecto a sus valores nominales. Puede ser continuo o intermitente. Entre todas ellas se adaptan al consumo que cambia a lo largo del día y según la época del año. Si se quiere que una central funcione con el índice de carga de máximo rendimiento, se elige su potencia por debajo del valor máximo exigido por la demanda, instalando otras centrales cuyo fin es atender el exceso de demanda de energía en las horas punta.

39 Gráficos y curvas de carga

40 CONSUMO DE ENERGÍA Medidas de la gestión de demanda
Reducción del consumo Mejoras en la eficiencia de equipos y procesos Concienciación sobre el ahorro energético Desplazamiento del consumo de la punta al valle Discriminación horaria Respuesta a los precios del mercado Llenado de valles Centrales de bombeo Tecnologías de almacenamiento Recarga de vehículos eléctricos Reducción del consumo en las horas puntas del sistema Servicio de interrumpibilidad Gestión automática de cargas Despacho económico

41 Conceptos relativos al consumo

42 Conceptos relativos al consumo
La potencia conectada Pc(o carga conectada): Es la suma de las potencias contratadas conectadas a la red que alimenta la central. La potencia máxima Pmax: Es la máxima potencia demandada por la red. Como nunca están todos los receptores funcionando simultáneamente, se cumple que: Pmax < Pc La energía anual consumida Ea: Es la energía demandada durante un año.

43 Conceptos relativos al consumo
La potencia media Pmed: Es la carga que se genera a lo largo de las 8760 horas del año consigue la energía Ea, en kWh. Su expresión es: El factor de carga m: Su expresión es: Para una central eléctrica es desfavorable que m sea pequeño, porque hay que dimensionarla en función de Pmax, pero solo proporciona un pequeño porcentaje de dicho valor la mayor parte del tiempo.

44 Conceptos relativos al consumo
El factor de demanda o de simultaneidad, a: Su expresión es: Este coeficiente varía entre 0,2 para instalaciones de pequeña potencia y 0,5 para instalaciones de gran potencia.

45 Conceptos relativos a la central
Potencia total de la central, Pt: Es la suma de las potencias nominales de todos los generadores de la central. Si todos los grupos están disponibles, la Potencia disponible Pd es igual a la Potencia total Pt.

46 Conceptos relativos a la central
El factor de instalación, b: Su expresión es: Este coeficiente está relacionado con el factor de simultaneidad y toma valores de 0,2 a 0,5

47 Conceptos relativos a la central
Utilización anual, T(o duración del aprovechamiento) Es el número de horas anuales que deberá trabajar la instalación a su plena carga (Pt) para que la energía producida fuera igual a la que la central produce en un año con carga variable:

48 Conceptos relativos a la central
Factor de utilización, c: Es la relación el número de horas de utilización anual y el número de horas del año (8760 h): Varia entre 0,15 a 0,55

49 Conceptos relativos a la central
Factor de reserva, d: Es el valor de Pt debe ser superior al de Pmax para que la central pueda atender el consumo cuando algún grupo generador esté parado por avería, mantenimiento, inspección, etc. Varia entre 1,3 a 2

50 CURVA DE DEMANDA DIARIA
En la figura se muestra el gráfico de carga diario de una zona de consumo. La potencia total de los consumidores es de kW. La central que alimenta la zona está formada por tres grupos de kW cada uno. Calcular: a) carga media [2916,6 kW] b) factor de carga [0,486] c) factor de simultaneidad [0,4] d) factor de instalación [0,5] e) horas de utilización, si la curva de carga es idéntica durante todos los días del año [3406,65 horas] f) factor de utilización [0,388] g) factor de reserva [1,25] h) ¿cuál sería el número de grupos en funcionamiento y su carga en las distintas horas del día?

51 CURVA DE DEMANDA DIARIA
De 6 a 8 h: un grupo de P= kW que equivale a un factor de carga 2.000/2.500=0,8 De 8 a 12 h: dos grupos de P= kW, resultando un factor de carga del 80 %; (4000/5000=0,8) De 12 a 14 h: dos grupos al (3000/5000=0,6) 60% De 14 a 18 h: tres grupos al (6000/7500=0,8) 80% De 18 a 4 h: un grupo al (1600/2500=0,64) 64% De 4 a 6 h: un grupo al (2000/2500=0,8) 80%.

52 Cf = Pt .p. i(tasa amortización)
Aspectos económicos Potencia total Pt .(kW) Precio del kW instalado actualizado a la puesta en servicio p (€/kW) Tasa de gastos fijos (cantidad de dinero que hay pagar anualmente como gasto fijo por cada € invertido) i Costes fijos anuales: Cf = Pt .p. i(tasa amortización) Energía total anual W (kWh/año) Precio de la energía c (€/kWh) Horas de utilización T Costes variables anuales: Cv = W . c = Pt .c . T Coste total anual: Ctot= Cf + Cv. Coste anual por kW instalado: Coste anual por kWh producido (coste específico):

53 Aspectos económicos Ce Cp c p.i T T

54 Aspectos económicos Comparación económica de dos centrales con distintos costes fijos y variables Central B Central A Ce Cp Central A Central B T To To T Si T > T0 es mejor la de menor precio de la energía c (la central A en la figura)

55 Aspectos económicos Características estáticas:
Disponibilidad de energía primaria. Funcionamiento entre las potencias máxima y de mínimo técnico. Características dinámicas: Variación de la carga: 12 seg. y 24 horas. Para analizar la potencia de una central se debe calcular el incremento marginal de la venta de la producción por coste de inversión. Cuando ese incremento sea superior a la unidad es interesante aumentar la potencia. En caso de que sea igual a la unidad es indiferente y en la realidad desaconsejable. Y en todos los casos de que el valor fuera inferior a la unidad no recomendable. El funcionamiento simultáneo de dos centrales, o más, aconseja que todas las unidades tengan el mismo coste marginal  de sistema. En la práctica a veces no es posible por las limitaciones, superior e inferior, de la central. En esta situación se deberá trabajar al coste marginal igual o muy similar al de  del sistema. El  depende de la potencia de la demanda por lo que al cambiar ésta cambiará .

56 Se dispone de dos centrales térmicas A y B conectadas al sistema de potencia para suministrar MW. Se conocen los costes de producción de las dos centrales: Las restricciones de carga mínima y máxima son: Central A: Mínimo 200 MW. Máximo 600 MW. Central B: Mínimo 300 MW. Máximo 800 MW.

57 Tipos de centrales eléctricas

58 Aspectos técnicos Central eléctrica Curva demanda
Características estáticas Disponibilidad de Energía primaria Funcionamiento entre máx. y min. técnico Características dinámicas Variación de la carga: 12seg y 24 horas Curva demanda La reserva de potencia Flexibilidad del sistema Secuenciamiento óptimo del sistema Etapas en la planificación El despacho económico

59 Tipos de centrales eléctricas
Mando: manual, semiautomático y automático Tipos Centrales de base Centrales de punta Centrales de reserva Centrales de socorro Centrales de bombeo

60 Centrales de base Son las destinadas a suministrar la mayor parte de la energía eléctrica en servicio permanente, sin interrupciones de funcionamiento de la instalación, estando en marcha durante largos períodos de tiempo. Estas centrales son, preferentemente, hidráulicas de agua fluyente, termoeléctricas convencionales y nucleares. Son de gran potencia. Algunas de estas centrales funcionan con programa, es decir, la potencia que suministran varia por escalones a determinadas horas del día.

61 Centrales de puntas Están destinadas, exclusivamente, para cubrir las demandas de energía eléctrica en las horas de mayor consumo (horas punta). Han de ser instalaciones de respuesta muy rápida tanto en lo referente a la puesta en marcha como a la regulación de sus elementos. Por tales razones técnicas, suelen ser centrales de tipos hidráulicas con embalse, térmicas con turbinas de gas o térmicas con motores diesel, que sirven de apoyo a las calificadas como de base.

62 Centrales de reserva Su intervención, dentro del sistema de producción de energía eléctrica, se planifica según los conceptos de reserva económica y reserva técnica. Son de uso intermitente. La reserva económica tiene por objeto disponer de instalaciones que puedan sustituir total o parcialmente a las centrales de base cuando, para éstas, exista escasez o carestía de las materias primas: agua, carbón, fuelóleo, etc. Se entiende por reserva técnica, la necesidad de tener programadas determinadas centrales, primordialmente hidroeléctricas, o termoeléctricas con turbinas de vapor o gas, o motores diesel dadas sus características de rapidez de puesta en servicio, para suplir a las centrales de gran producción afectadas de fallos o averías en sus equipos.

63 Centrales de socorro Tienen, prácticamente, igual cometido que las centrales de reserva pero, en este caso, se trata de pequeñas centrales autónomas móviles que pueden ser transportadas fácilmente a los lugares donde se requiere su asistencia. Estas centrales son accionadas generalmente por motores diesel. Se instalan en vagones de ferrocarril o en barcos.

64 Centrales de acumulación o de bombeo
Son centrales hidroeléctricas reversibles. En los periodos de escasa demanda de energía, absorben el exceso de producción de las centrales de base bombeando agua. En los periodos de alta demanda actúan como centrales de punta, proporcionando energía a base de turbinar el agua que cae desde el embalse superior.

65 Central Hidroeléctrica de Bombeo
Cuando el consumo de energía eléctrica es menor, generalmente durante las horas nocturnas de los días laborables y los fines de semana, se aprovecha la electricidad producida con equipos generadores de coste variable bajo para accionar una bomba hidráulica que eleva el agua desde el embalse inferior (11) hasta el embalse superior (1) a través de la tubería forzada y de la galería de conducción. 65

66 Balance económico del Bombeo
La factura de la Energía turbinada es superior a la empleada en el bombeo. Et<Eb Et.ct>Eb.cb Rendimiento de la instalación: =Et/Eb El resultado económico: Et.(ct - cb/) >0

67 Centrales de acumulación o de bombeo
En una central de bombeo, el rendimiento de un ciclo bombeó-turbina es de 0,7. Suponemos que está alimentada por centrales térmicas con un consumo de 2,3 termias/kWh y utilizan como combustible Fuel-oíl de un poder calorífico de kcal/kg, cuyo coste es de 35 €/Tm. Como Central de Puntas para ese mismo consumo se podría utilizar una turbina de gas con consumo de 3,8 termias/kWh que utiliza-gas de poder .calorífico 7000 kcal/m3 y con un coste de 0,028 €/m3. ¿Cuál dé las dos centrales de puntas tiene menor coste de producción? Nota: 1 Termia = 1000 Kcal. 859,84524 Kcal = 1 kWh 1Kcal = 0, kWh SOLUCIÓN Coste de producción de la central de bombeo por la energía consumida: Central Térmica: 2300 kcal/kWh / (10250 kcal/kg) x 35 €/1000 kg /0,7 = 0,01122 €/kWh Central de gas: 3800 kcal/kWh / (7000 kcal/m3) x 0,028 €/m3 = 0,0152 €/kWh Coste de producción de.la central de gas = 0,0152 €/kWh.]

68 UNIDADES DE ENERGÍA Eléctrica Kilovatio-hora (kWh)
1 kWh = 1000 W*3600 s = 3,6*106 Ws o J Mecánica Julio (J) 1 J = 0,24 cal = 1 Ws Calorífica Caloría (cal) 1 cal = 4,186 J

69 UNIDADES DE ENERGÍA Formas Expresión Observaciones Energía Cinética
Ec = (1/2) m v2 m = gramos; v = m/s; Ec = julios Energía Potencial Ep = m g h m = gramos; g = 9,8 m/s2; Ep = julios Energía Eléctrica Ee = P t = V I t = I2 R t V = voltios; I = amperios; t = seg; Ee = Ws (vatio-seg) Conducción Térmica Q = kcal;  = coef. cond. tablas; d(espesor) = metros; S(superficie) = m2; T = ºC; t = horas. Convección Térmica a = coef. convecc. tablas; S = m2, T = ºC; t = horas; Q = kcal. Radiación Térmica c = coef. rad. tablas; S = m2; T = ºKelvin; t = horas; Q = kcal.

70 UNIDADES DE ENERGÍA Formas Expresión Observaciones Combustión
Q = Pc m ó Q = Pc V(gas) Pc(real) = Pc(cn) p 273/(273+T) Pc(poder calorífico) = Kcal/kg ó kcal/m3; m = gramos; p = atm; T = ºC, V = m3; Q = kcal Energía Nuclear E = m c2 E = julios; m = gramos; c(velocidad de la luz)=3*108 m/s Interna de los cuerpos Q = Ce m (Tf- Ti) Ce(calor específico tablas); m = gramos; T = ºC; Q = kcal Rendimiento de una máquina h =Trabajo útil / Energía suministrada Trabajo y energía en las mismas unidades energéticas

71 UNIDADES DE ENERGÍA Formas Expresión Observaciones
Energía hidroeléctrica E = P t = 9,8 Q h t P = kW ideal; t = horas; Q(caudal) = m3/s; h(altura) = metros; p(presión) = kg/m2; E = kWh Energía solar Q = K t S K(coef. rad. solar) = cal/min cm2, t = min, S = cm2, Q = cal Energía eólica Ec (viento) = Pviento t = = (1/2) d S t v3 d(densidad) = 1,225 kg/m3, S = m2, t = horas, v = m/s, Ec = kWh

72 UNIDADES DE ENERGÍA Tec: Tonelada equivalente de carbón. Representa la energía liberada por la combustión de una tonelada métrica de carbón estándar (hulla). 1 Tec = 29,3 109 J. Tep: Tonelada equivalente de petróleo. Representa la energía liberada por la combustión de una tonelada métrica de petróleo estándar. 1 Tep = 41, J.

73 Centrales Eléctricas Producción interior de energía primaria por tipos de energía y periodo. Unidades: miles de toneladas equivalentes de petróleo (Ktep). 2007 2008 2009 2010 2011 2012 TOTAL 30.288 30.349 30.094 34.063 31.805 33.645 Variación anual (%) .. 0,2 -0,8 13,2 -6,6 5,8 Carbón 5.455 4.193 3.627 3.033 2.648 2.447 Petróleo 145 129 107 125 102 Gas Natural 16 14 12 45 52 Hidráulica 2.349 2.009 2.271 3.638 2.631 1.763 Nuclear 14.360 15.369 13.750 16.155 15.045 15.994 Eólica, solar y geotérmica 2.518 3.193 4.002 4.858 5.014 6.644 Biomasa, biocarburos y residuos 5.446 5.441 6.325 6.209 6.319 6.600 Notas: 1.- Las tasas de variación son respecto del mismo periodo del año anterior. Fuente: Boletín Trimestral de Coyuntura Energética. Ministerio de Industria, Energía y Turismo. Copyright INE 2014 Fuente:

74 Potencia y Energía en España (2013)
Potencia (MW) (1) Producción (GWh) (2) Factor de utilización (3)=(2)x1000/(1)/8760 Hidráulica 17.786 16% 33.970 12% 22% Nuclear 7.866 7% 56.827 20% 82% Carbón 11.641 11% 42.398 15% 42% Fuel/gas 3.498 3% 7.002 2% 23% Ciclo combinado 27.206 25% 28.672 10% Total régimen ordinario 67.997 63% 60% 28% 2.102 7.102 39% Eólica 23.010 21% 54.708 19% 27% Solar fotovoltaica 4.665 4% 8.324 Solar termoeléctrica 2.300 4.442 Térmica renovable 980 1% 5.073 59% Térmica no renovable 7.210 32.248 51% Total régimen especial 40.267 37% 40% 32% Total 100% 30% Consumos -5% Intercambios internacionales -6.732 -2% Demanda en barras de la central 93% Elaboración propia

75 Sector eléctrico ESPAÑA Consumo eléctrico
Número de clientes ( en miles) Año Baja tensión Alta TOTAL 2004 24.828,2 88,5 24.916,7 2005 25.192,7 91,3 25.284,0 2006 25.594,5 94,4 25.688,9 2007 26.149,6 97,4 26.247,0 2008 26.700,2 100,0 26.800,2 2011 27.239,6 104,9 27.344,5 2012 28.649,3

76 NECESIDAD DE POTENCIA ELÉCTRICA
La necesidad de potencia eléctrica de España es de unos MW. La potencia de la central nuclear de Cofrentes 1092 MW. Con 40 Centrales como la de Cofrentes tendríamos para una buena temporada, hasta que se desarrolle la fusión nuclear.

77 La producción de energía eléctrica en España
A finales de la potencia total instalada en España era de MW de la cual el 57 % termoeléctrica convencional, el 35 % renovables, y el 8 % termoeléctrica nuclear.

78 La producción de energía eléctrica en España

79 LA PRODUCCIÓN TOTAL La producción total de energía eléctrica en el año fue de GWh repartida así: 43 % de origen termoeléctrico convencional (10% carbón, 3% fuelóleo y 30% gas), 39 % de origen renovables, y 18 % de origen termoeléctrico nuclear.

80 ESPAÑA