Cuando el calor se obtiene mediante la fisión controlada de núcleos de uranio, la central termoeléctrica se conoce comocentral nuclear. Este tipo de central no contribuye al efecto invernadero, pero tiene el problema de los residuos radioactivos que han de ser guardados durante miles de años y la posibilidad de accidentes graves.
Las centrales que utilizan combustibles fósiles generan mucha energía en un espacio grande y emiten gases muy contaminantes. En cuanto a las que emplean biomasa, si su consumo supera la capacidad de regeneración de la vegetación de la que se nutre, pueden producirdeforestación.
La primera central termoeléctrica fue construida en la ciudad deEttal enBaviera y entró en funcionamiento en 1879. Las primeras centrales comerciales fueron laCentral de Pearl Street en Nueva York y laEdison Electric Light Station, en Londres, que entraron en funcionamiento en 1882.
Estas primeras centrales utilizaban motores de vapor de pistones. El desarrollo de laturbina de vapor permitió construir centrales más grandes y eficientes por lo que hacia 1905 la turbina de vapor había reemplazado completamente a los motores de vapor de pistones en las grandes centrales eléctricas.
Se llaman centrales clásicas o de ciclo convencional a aquellas centrales térmicas que emplean la combustión delcarbón,petróleo ogas natural para generar la energía eléctrica.
Son consideradas las centrales más económicas, por lo que su utilización está muy extendida en el mundo económicamente avanzado y en el mundo en vías de desarrollo, a pesar de que estén siendo criticadas debido a su elevado impacto medioambiental.
A continuación se muestra el diagrama de funcionamiento de una central térmica de carbón de ciclo convencional:
Diagrama de una central térmica de carbón de ciclo convencional
Básicamente, el funcionamiento de este tipo de centrales es el mismo independientemente del combustible que se consuma. Así, este se quema en la caldera, liberandocalor que se usa para calentar agua.
El agua calentada se transformará en vapor con una presión muy elevada, que es la que hace girar unaturbina de vapor, lo que transformará laenergía interna del vapor enenergía mecánica (rotación de un eje).
La electricidad generada pasa por untransformador, que aumentará su tensión para el transporte.
El vapor que sale de la turbina de vapor se envía a uncondensador (termodinámica) para transformarlo en líquido y retornarlo a la caldera para empezar de nuevo un nuevo ciclo de producción de vapor.
En la actualidad se están construyendo numerosas centrales termoeléctricas de las denominadas deciclo combinado, que son un tipo de central que utilizagas natural,gasóleo o inclusocarbón preparado como combustible para alimentar unaturbina de gas. Luego los gases de escape de la turbina de gas todavía tienen una elevada temperatura, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez de vapor. Cada una de estasturbinas está acoplada a su correspondientealternador para generar energía eléctrica.[1]
Normalmente durante el proceso de partida de estas centrales solo funciona la turbina de gas; a este modo de operación se lo llama ciclo abierto.[2] Si bien la mayoría de las centrales de este tipo pueden intercambiar el combustible (entre gas y diésel) incluso en funcionamiento.
Como la diferencia de temperatura que se produce entre la combustión y los gases de escape es más alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 55 %.
Este tipo de centrales generaron el 32 % de las necesidades españolas de energía eléctrica en 2008.[3]
En los últimos tiempos se viene desarrollando una nueva tecnología, laGasificación integrada en ciclo combinado (GICC), que mediante un sistema de gasificación del carbón, reduce ostensiblemente las emisiones contaminantes a laatmósfera, al poder aplicar elciclo combinado al carbón.[1]
La emisión de residuos a laatmósfera y los propios procesos decombustión que se producen en las centrales térmicas tienen una incidencia importante sobre elmedio ambiente. Para tratar de paliar, en la medida de lo posible, los daños que estas plantas provocan en el entorno natural, se incorporan a las instalaciones diversos elementos y sistemas.
Algunos tipos de centrales termoeléctricas contribuyen alefecto invernadero emitiendo dióxido de carbono. No es el caso de lascentrales de energía solar térmica que al no quemar ningún combustible, no lo hacen. También hay que considerar que la masa de este gas emitida por unidad de energía producida no es la misma en todos los casos: el carbón se compone de carbono e impurezas. Casi todo el carbono que se quema se convierte en dióxido de carbono; también puede convertirse en monóxido de carbono si la combustión es pobre en oxígeno. En el caso del gas natural, por cada átomo de carbono hay cuatro de hidrógeno que también producen energía al combinarse con oxígeno para convertirse en agua, por lo que contaminan menos por cada unidad de energía que producen y la emisión de gases perjudiciales procedentes de la combustión de impurezas —como los óxidos de azufre— es mucho menor.
Los impactos negativos pueden ocurrir durante la construcción, así como durante la operación de las plantas termoeléctricas. Las plantas termoeléctricas son consideradas fuentes importantes deemisiones atmosféricas y pueden afectar la calidad del aire en el área local o regional. La combustión que ocurre en los proyectos termoeléctricos emitedióxido de sulfuro (SO2),óxidos de nitrógeno (NOx),monóxido de carbono (CO),dióxido de carbono (CO2) y partículas (que pueden contener metales). Las cantidades de cada uno dependerán del tipo y tamaño de la instalación, del tipo y calidad del combustible, y de la manera en que se queme. La dispersión y las concentraciones de estas emisiones, a nivel de la tierra, son el resultado de una interacción compleja de las características físicas de la chimenea de la planta, las cualidades físicas y químicas de las emisiones, las condiciones meteorológicas en el sitio, o cerca del mismo durante el tiempo que se requiere para que las emisiones se trasladen desde la chimenea hasta el receptor a nivel de la tierra, las condiciones topográficas del sitio de la planta y las áreas circundantes, y la naturaleza de los receptores.
El agua de enfriamiento limpia constituye el efluente más importante que proviene de las plantas termoeléctricas. Puede ser reciclada o descargada a la extensión de agua superficial, sin causar efectos mayores en cuanto a su calidad química. Sin embargo, debe ser considerado el efecto del calor residual sobre la temperatura del agua ambiental.
El problema de lacontaminación es máximo en el caso de las centrales termoeléctricas convencionales que utilizan como combustiblecarbón. Además, la combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y óxidos deazufre que contaminan en gran medida la atmósfera.[4] En las de fueloil los niveles de emisión de estos contaminantes son menores, aunque ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre yhollines ácidos, prácticamente nulos en las plantas de gas.
En todo caso, en mayor o menor medida todas ellas emiten a la atmósferadióxido de carbono, CO2. Según el combustible, y suponiendo un rendimiento del 40 % sobre laenergía primaria consumida, unacentral térmica emite aproximadamente:
Las centrales de gas natural pueden funcionar con el llamadociclo combinado, que permite rendimientos mayores (de hasta un poco más del 50 %), lo que todavía haría menos contaminantes a las centrales que funcionan con este combustible .
Son las centrales más baratas de construir, especialmente las de carbón, debido a la simplicidad de construcción y la energía generada de forma masiva.[7]
Las centrales de ciclo combinado de gas natural son mucho más eficientes (alcanzan el 50 %) que una termoeléctrica convencional, aumentando la energía eléctrica generada (y por tanto, las ganancias) con la misma cantidad de combustible, y rebajando las emisiones citadas más arriba en un 20 %, quedando así en 0,54 kg de CO2, por kWh producido.
La gran cantidad de energía térmica generada (en las más eficientes, al menos el 50 % del total de la energía consumida) podría emplearse como energía residual para calefactar (o incluso refrigerar) edificios mediante unared de distribución.
El uso de combustibles genera emisiones degases de efecto invernadero y, en algunos casos, delluvia ácida a la atmósfera, junto a partículas volantes (hollines) en las de carbón, si no están bien depurados los humos.
Los combustibles fósiles no son una fuente deenergía infinita, por lo tanto su uso está limitado por la disponibilidad de las reservas y/o por surentabilidad económica.
Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales cuando la refrigeración se hace mediante el agua del río en cuestión[8] (lo que no es frecuente, pues es más eficiente hacerla mediante vaporización).
LosObjetivos de Desarrollo Sostenibles condenan el uso de carbón como combustible: El ODS 7 garantiza el acceso a una energía asequible, fiable y sostenible procedente de fuentes renovables.
↑abcdObtenido, con los rendimientos expresados en el texto, a partir de las tablas de producción de CO2 por kg de combustible y dePoder calorífico del combustible enM. A. Gálvez Huerta (2013).Instalaciones y Servicios Técnicos. Sección de Instalaciones de Edificios.Escuela Técnica Superior de Arquitectura,isbn=97-884-9264-1253.
