Las Centrales Eléctricas en el Perú Las centrales eléctricas son las diferentes plantas encargadas de la producción de energía eléctrica y se sitúan, generalmente, en las cercanías de fuentes de energía básicas (ríos, yacimientos de carbón, etc.). También También pueden pueden ubicarse ubicarse próximas próximas a las grandes grandes ciudades ciudades y onas industriales, donde el consumo de energía es ele!ado. Los generadores o alternadores son las má"uinas encargadas de la obtención de la electricidad. #stas ma"uinarias son accionadas por motores primarios. #l motor primario $unto con el generador forman un con$unto denominado grupo. #l %istema #léctrico &nterconectado 'acional (%#&') del erú es abastecido por un par"ue de generación conformado por centrales idráulicas y centrales térmicas* asimismo, en los últimos a+os se an puesto en operación centrales tanto idráulicas como térmicas, "ue por cuyas características an sido catalogadas como centrales de ecursos #nergéticos eno!ables (#), dado el fomento por parte del #stado eruano a un mayor apro!ecamiento de los recursos reno!ables. La industria de generación eléctrica en el erú es conformada por empresas de generación tanto pri!adas como del #stado, - de éstas conforman las empresas integrantes del /omité de 0peración #conómica del %istema 'acional (/0#%1%&'2/), las cuales an puesto a disposición de este /omité sus unidades de generación, para "ue éste las re"uiera a operación según un despaco económico en tiempo real de todo el con$unto. Parque de Generación del SEIN:
#l par"ue de generación del %#&' "ue es despacado por el /0#%1%&'2/, a diciembre de 345- está conformado por 6 centrales, de las cuales 78 son centrales idráulicas, 3 son centrales térmicas y 7 son centrales solares, cuya producción en con$unto representan el 9-.- :, 7;.3 : y 4.9 : 5
respecti!amente, de la producción de energía eléctrica correspondiente al a+o 345-. #n su con$unto estas centrales tienen una potencia efecti!a de 9.; <=, de los cuales -55.- <= corresponden a centrales idráulicas, 7937.- <= a centrales térmicas y 84 <= a centrales solares.
Las unidades de generación "ue componen estas centrales, se basan en distintos tipos de tecnologías y distintos tipos de fuentes primaria de energía. La potencia efecti!a por tipo de fuente de energía primaria a diciembre de 345-, se distribuye conforme el siguiente grá>co.
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respecti!amente, de la producción de energía eléctrica correspondiente al a+o 345-. #n su con$unto estas centrales tienen una potencia efecti!a de 9.; <=, de los cuales -55.- <= corresponden a centrales idráulicas, 7937.- <= a centrales térmicas y 84 <= a centrales solares.
Las unidades de generación "ue componen estas centrales, se basan en distintos tipos de tecnologías y distintos tipos de fuentes primaria de energía. La potencia efecti!a por tipo de fuente de energía primaria a diciembre de 345-, se distribuye conforme el siguiente grá>co.
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Centrales de Generación del SEIN:
#l %#&' está conformado por áreas operati!as, ligadas tanto al ámbito geográ>co del país, como a aspectos propios de la red de transmisión* estas áreas se pueden resumir en tres (4-) áreas? área norte, área centro y área sur, las cuales se encuentran interconectadas con los enlaces de trasmisión aramonga @ /imbote, en el caso de las áreas norte y centro, y la interconexión
-
#n el siguiente cuadro se muestra la relación de empresas y el tipo de generación "ue operan según el área donde se encuentran ubicadas sus respecti!as centrales
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Ael cuadro anterior se puede obser!ar "ue las centrales de generación más rele!antes dada su potencia efecti!a son? las centrales idráulicas del /omple$o
2ntúne de
2simismo, si resumimos la potencia efecti!a de las centrales "ue opera una empresa, se puede apreciar "ue las empresas con mayor potencia efecti!a en centrales son? #'#%E, #A#F#L y #L#/T0#E, las cuales concentran el ;3 : de la potencia efecti!a total.
2 continuación se presenta una rese+a de cada una de las centrales? ;
/#'T2L B&A0#L#/T&/2 Ena central idroeléctrica es una instalación "ue permite apro!ecar las masas de agua en mo!imiento "ue circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utiliando turbinas acopladas a los alternadores. %egún la potencia instalada, las centrales idroeléctricas pueden ser? . /entrales idráulicas de gran potencia? más de 54<= de potencia eléctrica. .
/0<0'#'T#% &'/&2L#% A# E'2 /#'T2L B&A0#LG/T&/2 •
La presa? La presa es el primer elemento "ue
encontramos en una central idroeléctrica. %e encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. /on la construcción de una presa se consigue un determinado desni!el de agua, "ue es apro!ecado para conseguir energía. La presa es un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografía del terreno y del curso del agua donde se tiene "ue situar. Las presas se pueden clasi>car, según el material utiliado en su construcción, en presas de tierra y presas de ormigón. Las presas de ormigón son las más resistentes y las más utiliadas. •
Rebosaderos: #lementos "ue permiten liberar parte del
agua "ue es retenida sin "ue pase por la sala de má"uinas. •
Destructores de energía? Hue se utilian para e!itar
"ue la energía "ue posee el agua "ue cae desde los salientes de una presa de gran altura producan, al cocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Iásicamente encontramos dos tipos de destructores de energía? . Los dientes o prismas de cemento, "ue pro!ocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos. . Los deJectores de salto de es"uí, "ue disipan la energía aciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a tra!és del co"ue con el colcón de agua "ue encuentra a su caída. •
Sala de máquinas: /onstrucción donde se sitúan las
má"uinas (turbinas, alternadoresK) y elementos de regulación y control de la central.
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•
Turbina: Las turbinas idráulicas son el elemento
fundamental para el apro!ecamiento de la energía en las centrales idráulicas. Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del mo!imiento) de una corriente de agua. %u componente más importante es el rotor, "ue tiene una serie de palas "ue son impulsadas por la fuera producida por el agua en mo!imiento, aciéndolo girar. •
Alternador: Tipo de generador eléctrico destinado a
transformar la energía mecánica en eléctrica. •
Conducciones? La alimentación del agua a las turbinas
se ace a tra!és de un sistema comple$o de canaliaciones. #n el caso de los canales, se pueden realiar exca!ando el terreno o de forma arti>cial mediante estructuras de ormigón. %u construcción está siempre condicionada a las condiciones geográ>cas. or eso, la me$or solución es construir un túnel de carga, aun"ue el coste de in!ersión sea más ele!ado. La parte >nal del recorrido del agua desde la cámara de carga asta las turbinas se realia a tra!és de una tubería forada. ara la construcción de estas tuberías se utilia acero para saltos de agua de asta 3444m y ormigón para saltos de agua de 944m. •
Válvulas? Aispositi!os "ue permiten controlar y regular
la circulación de agua por las tuberías. •
Chimeneas de equilibrio: %on unos poos de presión
de lasturbinas "ue se utilian para e!itar el llamado golpe de ariete, "ue se produce cuando ay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las !ál!ulas en una instalación idráulica. Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica.
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%i se toma como e$emplo un emplaamiento de una central de acumulación con la central eléctrica a pie de presa, un es"uema simpli>cado de su funcionamiento es el siguiente? La presa (3), situada en el leco de un río, acumula arti>cialmente un !olumen de agua para formar un embalse (5), lo "ue permite "ue el agua ad"uiera una energía potencial (masa a una cierta altura) "ue luego se transformará en electricidad. ara ello, se sitúa en el paramento aguas arriba de la presa, o en sus proximidades, una toma de agua protegida por una re$illa metálica (-) con una !ál!ula "ue permite controlar la entrada del agua en la galería de presión, pre!ia a una tubería forada (7) "ue conduce >nalmente el agua asta la turbina situada en la sala de má"uinas de la central. #l agua a presión de la tubería forada !a transformando su energía potencial en cinética, es decir, !a perdiendo altura y ad"uiriendo !elocidad. 2l llegar a las má"uinas, actúa sobre los álabes de la turbina idráulica (9), transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. #l e$e de la turbina está unido al del generador eléctrico (;) "ue, al girar, con!ierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión y alta intensidad.
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Ventajas e inconvenientes de una central hidroeléctrica
Las ventaas de las centrales hidroel!ctricas son ?
.'o necesitan combustibles y son limpias. .
. Las turbinas idráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido. "n contra de estas ventaas podemos enumerar los inconvenientes siguientes ?
. #l tiempo de construcción es, en general, más largo "ue el de otros tipos de centrales eléctricas. . La generación de energía eléctrica está inJuenciada por las condiciones meteorológicas y puede !ariar de estación a estación. . Los costes de in!ersión por Milo!atio instalado son ele!ados. . #n general, están situadas en lugares le$anos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de in!ersión en infraestructuras de transporte pueden ser ele!ados.
Ejemplo:
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Central Termoeléctrica 5-
La energía eléctrica se produce fundamentalmente mediante el uso de turbinas de !apor, turbinas de gas, turbinas idráulicas, motores diesel, etc. La turbina de !apor permite alcanar la mayor capacidad de generación. Ena central térmica es un sistema de dispositi!os "ue tiene la >nalidad d de con!ertir la energía "uímica del combustible en la energía mecánica apro!ecable.
Ena central térmica transforma la energía Huímica de un combustible (gas, carbón, fuel) en energía eléctrica. #s una instalación en donde la energía mecánica "ue se necesita para mo!er el generador y por tanto para obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del !apor formado al er!ir el agua en una caldera. Todas las centrales térmicas siguen un ciclo de producción de !apor, con!ersión energética "uímica1 térmica @ mecánica @ eléctrica. N #l combustible (carbón, fuel, gas) se "uema en la caldera O Dapor de agua N Turbina de !apor O #nergía mecánica a partir del !apor a alta presión (expansión adiabática) N Fenerador O /on!ersión energía mecánica en eléctrica Funcionamiento de una Central Termoeléctrica. 57
#$ Se emplea combustible, generalmente, un deri!ado del petróleo llamado %uel&oil' aun"ue ay centrales de gas o de carb(n$
3. %e calienta el agua lí"uida, #l calentamiento de agua se produce gracias a una caldera "ue obtiene energía de la combustión del combustible (carbón pul!eriado, fuel o gas). -. #l agua lí"uida pasa a trans%ormarse en vapor * este !apor es úmedo y poco energético. 7. %e sobrecalienta el !apor "ue se !uel!e seco, asta altas temperaturas y presiones. 9. #l !apor sobrecalentado pasa por un sistema de conducción y se libera hasta una turbina , pro!ocando su mo!imiento a gran !elocidad )$ La turbina está acoplada a un alternador solidariamente "ue, >nalmente, produce la energía el!ctrica. . "n esta etapa *nal' el vapor se en%ría , se condensa y
regresa al estado lí"uido. La instalación donde se produce la condensación se llama condensador.
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Ventajas e inconvenientes de una Central Termoeléctrica . Las ventaas de las centrales Termoel!ctricas son ?
N /orto tiempo de construcción N 'o dependen del clima N /ostos de in!ersión menores "ue en las idroeléctricas N Pacilidad de transporte del combustible orgánico N 2!ances técnicos permitió dise+ar grandes unidades generadoras (grandes módulos) con me$ores rendimientos "ue las unidades pe"ue+as o medianas. Las desventaas de las centrales Termoel!ctricas son ?
N La peor des!enta$a es el terrible impacto, efecto in!ernadero como la llu!ia ácida. N #n el caso del petróleo es preocupante su !ertido al mar cuando se transporta, ya "ue crea las famosas mareas negras. N igide en su conexión y desconexión. N Bumos? desulfuriador de umos. N artículas sólidas O recipitador electrostático N esiduos O Tecnología de leco Juidiado N consumo propio de energía (;18:) N Aependencia del poder calorí>co del combustible O oco e>cientes CA+AC,DAD D" -"."RAC,/.
N Fas natural 6, C=1Q mN /arbón 3,7 C=1 Q Cg N Puel1 oil 3,6 C=1 Q Cg
5;
5
#$emplo?
Central Solar 58
#n un primer procedimiento, la energía luminosa y térmica pro!eniente del %ol en forma de radiación electromagnética es transformada en energía eléctrica mediante el empleo de células. La irradiación solar e"ui!ale a 5 M=Qm3 siempre "ue el tiempo se encuentre despe$ado. La obtención de este tipo de energía es muy irregular, debido a "ue depende de las !ariaciones orarias y estacionales y de las modi>caciones en la nubosidad. Tipos •
•
. Poto!oltaicas? Las radiaciones solares se transforman en energía eléctrica mediante paneles de células foto!oltaicas. . Pototérmicas? apro!ecan la radiación solar para calentar una caldera. #l !apor de agua producido se emplea para mo!er el rotor de un generador.
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Funcionamiento Central Solar #$ & 0eli(statos:
%on !arios espe$os orientables, en los "ue se reJe$a la lu del %ol, aciendo "ue con!er$an en la caldera. 1$ & Caldera:
#s la parte de la central solar en la "ue con!ergen los rayos solares reJe$ados por los elióstatos, alcanando una gran temperatura. 2l alcanar esa gran temperatura, calienta el agua "ue pasa por ella y la transforma en !apor. 2$ & Turbina:
#l !apor generado en la caldera mue!e la turbina, la cual está unida al generador para "ue éste reciba su mo!imiento. 3$ & -enerador o alternador:
#s el encargado de generar energía eléctrica* gracias al mo!imiento rotatorio de la turbina, el generador transforma ese mo!imiento en energía eléctrica mediante inducción. 4$ & Acumulador:
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2lmacena la energía calorí>ca "ue no a sido utiliada, e$emplo de los clásicos termos de agua caliente, para su posterior empleo en ausencia de radiación solar. )$ & Trans%ormador:
%e encarga de transformar la energía eléctrica generada en el alternador para acerla llegar a la red eléctrica. 5$ & Condensador:
#s donde se con!ierte el !apor (pro!eniente de la turbina) en agua lí"uida. #llo es debido a "ue en el interior del condensador existe un circuito de enfriamiento encargado de enfriar el !apor, transformándose en agua lí"uida. 6$ & 7omba:
#s la encargada de impulsar el agua de nue!o asta la caldera. 8$ & Centro de control:
#s donde se controla todo el proceso de transformación de la energía solar en energía eléctrica.
Ventajas e inconvenientes de una Central Solar. Las ventaas de las centrales Termoel!ctricas son ? 35
5. Ena !e realiada la instalación y eca la in!ersión inicial, no se originan gastos posteriores (a excepción del mantenimiento)* el consumo de energía eléctrica es totalmente gratuito. 3. 'o usa combustibles, eliminando la incomodidad de tener "ue apro!isionarse y el peligro de su almacenamiento. -. &mpacto ambiental nulo? la energía solar no produce desecos, ni residuos, basuras, umos, pol!os, !apores, ruidos, olores, etc. Las desventaas de las centrales Termoel!ctricas son ?
5. 'ecesidad de instalar la central en onas donde se perciba la radiación solar durante más oras diarias y más días al a+o. 3. ciente radiación solar. #$emplo?
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3-
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Central Elica.
#l país dispone de un potencial eólico superior a los 33 F= y según el 2tlas #ólico del erú los departamentos de &ca y iura son las regiones "ue cuentan con el mayor potencial apro!ecable, con 6.577 <= y .997 <= respecti!amente, existiendo registro de !ientos de 9 a mQs. La energía eólica es la energía cuyo origen pro!iene del mo!imiento de masa de aire es decir del !iento. #n la tierra el mo!imiento de las masas de aire se deben principalmente a la diferencia de presiones existentes en distintos lugares de esta, mo!iéndose de alta a ba$a presión, este tipo de !iento se llama viento geoestro*co. ara la generación de energía eléctrica a partir de la energía del !iento a nosotros nos interesa muco el origen de los !ientos en onas más especí>cas del planeta, estos !ientos son los llamados vientos locales' entre estos están las brisas marinas "ue son debida a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra , también están los llamados !ientos de monta+a "ue se producen por el calentamiento de las monta+as y esto afecta en la densidad del aire y ace "ue el !iento suba por la ladera de la monta+a o ba$e por esta dependiendo si es de noce o de día.
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Funcionamiento de un tipo de aero!enerador de eje hori"ontal ?
%obre una torre soporte (-) se coloca una góndola (3), "ue alo$a en su interior un generador, el cual está conectado, mediante una multiplicadora, a un con$unto de palas (5). La energía eléctrica producida por el giro del generador es transportada mediante cables conductores (7) a un centro de control (;) desde donde, una !e ele!ada su tensión por los transformadores (8),es en!iada a la red general mediante las líneas de transporte de alta tensión (6). Aado el carácter aleatorio de la producción de energía eléctrica por !ía eólica, las centrales de este tipo deben disponer de una fuente auxiliar () para tener garantiado en todo momento el suministro de energía eléctrica. Aebido a la altura en la "ue se encuentra el generador y al roamiento "ue el aire produce sobre éste, es con!eniente "ue el e"uipo tenga una toma a tierra (9), para e!itar la electricidad estática. 2simismo, para el control de la !elocidad del generador existen tecnologías "ue permiten regular, dentro de unos límites, las re!oluciones de las palas, independientemente de la !elocidad del !iento.
3;
Ventajas # desventajas de la Central Elica.
Denta$as? R
para abastecer 56.444 ogares. En molino de !iento e!ita la emisión de ;.-9 toneladas anuales de /03. Desventajas:
cati!as de electricidad por métodos eólicos re"uiere el uso de grandes extensiones de tierra. Los sitios adecuados para la generación eólica, especialmente el mar abierto, están remotos y le$os de la concentración de demanda para la electricidad. Los periodos de máxima demanda durante el día y máxima generación por la noce cuando los !ientos están más fuertes no coinciden, y también, por supuesto, no ay siempre !iento. los efectos estéticos en el campo natural (ubicación adecuada ayuda a resol!er esta problema), sonido emitido por las má"uinas (la ingeniería moderna a reducido este efecto mucísimo) y la interferencia electromagnética ("ue se puede reducir por ubicación adecuada y la instalación de antenas). También a de tenerse especial cuidado a la ora de seleccionar un par"ue si en las inmediaciones abitan a!es, por el riesgo mortandad al impactar con las palas, aun"ue existen soluciones al respecto como pintar en colores llamati!os las palas, situar los molinos adecuadamente de$ando SpasillosS a las a!es, e, incluso en casos extremos acer un seguimiento de las a!es por radar llegando a parar las turbinas para e!itar las colisiones. #$emplo? Las centrales eólicas /upisni"ue (La Libertad) y Talara (iura), consideradas las más grandes del +er9 de Sudam!rica despu!s de 7rasil , fueron inauguradas oy por
/ontour Flobal, propietario de ambos proyectos, tras !eintidós meses de construcción.
/onectadas al %istema #léctrico &nterconectado 'acional (%#&'), ambas centrales poseen una capacidad instalada iguala a los ##3 ;< . La edi>cación de las plantas estu!o a cargo la danesa Destas y re"uirió una in!ersión total de E%394 millones. 2demás, cada una de las 38
centrales se bene>cia de un acuerdo de compra de energía de 1= a>os y forma parte del rograma recursos energéticos reno!ables (#) del erú.
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