GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Jorge Luis JaramilloFundamentos de la Electricidad

PIET EET UTPL octubre 2010

Créditos

Esta presentación fue preparada estrictamente como material de apoyo a la jornada presencial del curso de Fundamentos de la Electricidad, del programa de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones que se imparte en el Universidad Técnica Particular de Loja.

La secuencia de contenidos corresponde al plan docente de la asignatura, y, para la elaboración se han utilizado aportes propios del docente, y, una serie de materiales y recursos disponibles gratuitamente en la web.

Contenidos

•Transformación de energía•Principios de generación de energía eléctrica•Esquema GTD de energía eléctrica•Centrales de generación de energía eléctrica•Uso de la energía renovable•Matriz energética del Ecuador•Discusión y análisis

Contenidos

•Transformación de energía

Transformación de energía

Balance de energía

Transformación de energía

•Fuentes primarias de energía: Las fuentes de energía son elaboraciones naturales más o menos complejas de las que el ser humano puede extraer energía para realizar un determinado trabajo u obtener alguna utilidad. Por ejemplo el viento, el agua, el sol, etc. Las fuentes de energía se clasifican en renovables y no renovables.

•Vectores energéticos. Se denomina vector energético a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energía, de tal manera que ésta pueda liberarse posteriormente de forma controlada. Ejemplos típicos de vectores energéticos son las baterías, las pilas, las aplicaciones con hidrógeno, los volantes inerciales, las aplicaciones de aire comprimido, entre otros.

Fuentes de energía

Transformación de energía

•Fiabilidad. •Transportabilidad • Direccionalidad

Requerimientos hacia las fuentes de energía

Transformación de energía

•La generación de electricidad, consiste en la transformación de alguna clase de energía «no eléctrica» (sea esta química, mecánica, térmica, luminosa u de otra índole) en energía eléctrica.

•Se han desarrollado iniciativas para transformar distintas formas de energía en energía eléctrica. Entres estas formas podemos anotar a la energía nuclear, energía hidráulica, energía solar, energía eólica; energía mareomotriz, energía undimotriz, energía geotérmica, etc.

•Se experimenta con generación de energía eléctrica a partir de energía humana.

Generación de energía eléctrica

Contenidos

•Principios de generación de energía eléctrica

Principios de la generación de energía eléctrica

Principio fundamental de la generación de energía eléctrica

Principios de la generación de energía eléctrica

Formatos de generación de energía eléctrica

•En formato DC•En formato AC

Principios de la generación de energía eléctrica

Generación de energía eléctrica en formato AC: descripción matemática

Principios de la generación de energía eléctrica

Generación de energía eléctrica en formato AC: descripción matemática

La tensión v(t), o la corriente i(t), se pueden expresar matemáticamente como una función del tiempo por medio de la ecuación:

En dónde:A0, es la amplitud o valor máximo pico (voltios o amperios)ω, es la pulsación (radianes/segundo)t, es el tiempo (s)β, es el ángulo de fase inicial (radianes)

También se utiliza la expresión:

En la que f es la frecuencia (Hz). Los valores de f más empleados en la distribución son 50 Hz y 60 Hz.

Principios de la generación de energía eléctrica

Generación de energía eléctrica en formato AC: generación trifásica

•Se denomina corriente trifásica al conjunto de tres corrientes alternas de igual frecuencia, amplitud y valor eficaz que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120°, y están dadas en un orden determinado.

•Cada una de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre de fase.

Principios de la generación de energía eléctrica

Generación de energía eléctrica en formato AC: generación trifásica

•Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas en un sistema de tres electroimanes equidistantes angularmente entre sí.

Principios de la generación de energía eléctrica

Generación de energía eléctrica en formato AC: generación trifásica

•Los conductores de los tres electroimanes pueden conectarse en estrella o en triángulo. •En la disposición en estrella cada bobina se conecta a una fase en un extremo y a un conductor común en el otro, denominado neutro. Si el sistema está equilibrado, la suma de las corrientes de línea es nula, con lo que el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables. •En la disposición en triángulo o delta cada bobina se conecta entre dos hilos de fase, de forma que un extremo de cada bobina está conectado con otro extremo de otra bobina.

Principios de la generación de energía eléctrica

Generación de energía eléctrica en formato AC: generación trifásica

•La utilización de electricidad en forma trifásica es mayoritaria para transportar y distribuir energía eléctrica y para su utilización industrial, incluyendo el accionamiento de motores.

•El sistema trifásico presenta una serie de ventajas, tales como la economía de sus líneas de transporte de energía y de los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la línea monofásica.

Principios de la generación de energía eléctrica

Generación de energía eléctrica en formato AC: generación monofásica

•Se denomina corriente monofásica a la que se obtiene de tomar una fase de la corriente trifásica y un cable neutro.

•En Ecuador y otros países, para uso domiciliario se emplea una tensión de 110/120 voltios.

•Desde el centro de transformación más cercano, hacia las viviendas se disponen cuatro hilos: un neutro (N) y tres fases (R, S y T). Si la tensión entre dos fases cualesquiera (tensión de línea) es de 220 voltios, entre una fase y el neutro es de 110 voltios.

Contenidos

•Esquema GTD de energía eléctrica

Esquema de GTD de energía eléctrica

Steven W. Blume. ELECTRIC POWER SYSTEM BASICS: for the nonelectrical professional. IEEE Press Series on Power Engineering. IEEE, 2007

Contenidos

•Centrales de generación de energía eléctrica

Centrales de generación de energía eléctrica

Centrales de generación de energía eléctrica

•Generación convencional: centrales termo-eléctricas (gas, petróleo), centrales carbo-eléctricas, centrales núcleo-eléctricas, centrales geotermo-eléctricas, centrales hidro-eléctricas

•Generación no convencional: centrales foto-eléctricas, centrales eólico-eléctricas, otros tipos.

Centrales de generación de energía eléctrica

Centrales convencionales de generación de energía eléctrica

Centrales de generación de energía eléctrica

Bloques estructurales en las centrales no convencionales de generación de EE

Transformación deenergía

Storage deenergía

Interfaz conel usuario final

Centrales de generación de energía eléctrica

Centrales no convencionales de generación de EE

Centrales de generación de energía eléctrica

Centrales no convencionales de generación de EE

Contenidos

•Uso de la energía renovable

Uso de la energía renovable

Potenciales aplicaciones de la energía renovable

Uso de la energía renovable

Potenciales aplicaciones de la energía renovable

Uso de la energía renovable

Potenciales aplicaciones de la energía renovable

Uso de la energía renovable

Potenciales aplicaciones de la energía renovable

Contenidos

•Matriz energética del Ecuador

Matriz energética del Ecuador

•Concepto de matriz energética•Matriz energética del Ecuador•Producción de electricidad•Política nacional de gestión de la energía•SIN•Discusión y análisis

Concepto de matriz energética

En una matriz energética se establecen las diferentes fuentes de energía de las que dispone un país, indicando la importancia de cada una de estas y el modo en que estas se usan.

La matriz energética de un país o de una región puede hacer referencia a que algunas de las fuentes energéticas son obtenidas o compradas de otros países. Un país puede ser deficitario o excedentario de las diferentes fuentes de energía.

De igual forma, se plasma en la matriz energética los distintos usos o consumos de todas y cada una de las fuentes de energía.

Los sectores que se suelen identificar prioritariamente son el sector residencial y comercial, el sector público, el sector transporte, el sector pesquería, el sector agropecuario y agroindustrial, el sector minero metalúrgico, y, el sector industrial. La relación entre las fuentes de energía que se dispone y el uso por los distintos sectores, indicará el grado de importancia respecto de una o varias fuentes de energía. Por ello, la matriz energética adquiere relevancia y sirve para identificar por sectores económicos los niveles de consumo y las reservas existentes que permitan el desarrollo.

Concepto de matriz energética

Evolución histórica de los usos de la energía

Concepto de matriz energética

Formas de energía

Energías primarias. Son aquellas provistas por la naturaleza de forma directa, se utilizan en su estado natural; entre las principales fuentes de energía primarias están: la hidroenergía, el petróleo crudo, el gas natural, el carbón mineral, la biomasa, energía solar y eólica.

Energías secundarias. Son aquellas que provienen de diferentes centros de transformación, como la energía eléctrica de las centrales de generación o el diesel de las refinerías de combustibles. Tienen como principal característica su uso directo en los diferentes sectores de consumo (industrial, comercial o doméstico) o en otros centros de transformación (como el caso del diesel que es obtenido de la refinería para su empleo en una central térmica).

Concepto de matriz energética

Balance de energía

Concepto de matriz energética

Evolución histórica y tendencias prospectivas en el uso de distintas formas de energía

Concepto de matriz energética

Matriz energética mundial al 2007

Matriz energética del Ecuador

Oferta de energía en el Ecuador en el año 2009. Fuente MEER

Matriz energética del Ecuador

Demanda de energía en el Ecuador en 2009. Fuente MEER

Matriz energética del Ecuador

Demanda interna por sector, 2009. Fuente MEER

Matriz energética del Ecuador

Consumo histórico de EE en Ecuador

Política nacional de gestión de la energía

Evolución de las reservas probadas de petróleo

Política nacional de gestión de la energía

Evolución de las reservas probadas de gas natural

Política nacional de gestión de la energía

El horizonte de la política nacional sobre energía. Fuente MEER

Política nacional de gestión de la energía

El horizonte de la política nacional sobre energía. Fuente MEER

Política nacional de gestión de la energía

El horizonte de la política nacional sobre energía. Fuente MEER

Política nacional de gestión de la energía

El horizonte de la política nacional. Fuente MEER

Política nacional de gestión de la energía

El horizonte de la política nacional. Fuente MEER

Política nacional de gestión de la energía

Proyectos prioritarios en la política nacional, 2010. Fuente MEER

•Proyectos hidroeléctricos (hasta 2015): Mazar* 160 MW, Coca-Codo Sinclair 1500 MW, Sopladora 487 MW, Toachi-Pilatón 246 MW, Quijos-Baeza 100 MW, Baba 42 MW, Ocaña 26 MW, Rio Luis 16 MW, Otros 30 (<10 MW) 200 MW

•Galápagos: eólico y solar (hasta 2012): San Cristobal* (V) 2,4 MW, Baltra (V) 2,5 MW, Floreana (SFV*+B) 0,16 MW, Isabela (SFV+B) 1,5 MW

•Oportunidades eólicas en el continente: Salinas 15 MW, Huascachaca 30 MW, Villonaco 15 MW, Chinchas 10 MW, Membrillo 45 MW.

•Electrificación rural en marcha: Eurosolar 0.11 MW

Política nacional de gestión de la energía

Expectativas en la gestión de energía para el año 2015. Fuente MEER

•Islas Galápagos: Cero combustibles fósiles (electricidad)

•Energía eólica: 40-50 MW

•Solar FV – gran escala: 2-3 MW

•Solar térmica 50.000 sistemas residenciales

•Biogas (rellenos sanitarios) 3-4 MW

•Geotérmico. Desarrollo mínimo: 2 proyectos

Inventario de proyectosFuente CONELEC

Inventario de proyectosFuente CONELEC

Inventario de proyectosFuente CONELEC

Inventario de proyectosFuente CONELEC

Inventario de proyectos

"Algún día el ser humano despertará de una larga pesadilla y recordará su propio pasado energético... No comprenderá la locura de los que se embarcaron en la aventura de agotar en menos de 250 años unos recursos fósiles que habían tardado 600millones de años en formarse. Pero todavía no nos hemos despertado, todavía continuamos dormidos".

Gerald Foley

DISCUSIÓN Y ANÁLISIS