La producción de electricidad , en ingeniería eléctrica , representa la primera fase del proceso que va desde la propia producción hasta el uso final de la electricidad , pasando por las fases de transmisión y distribución de la electricidad . Típicamente, la producción se realiza mediante la conversión de energía siempre a partir de una fuente primaria de energía a través de centrales eléctricas y reguladas por despacho (producción centralizada) o a través de sistemas de autoproducción certificados en la red de distribución eléctrica ( producción distribuida ).
La importancia de esta producción y distribución radica en que la sociedad moderna se basa fundamentalmente en el consumo y aprovechamiento de la energía , de la que una parte significativa está representada por la electricidad. De hecho, al observar la vida cotidiana, uno se da cuenta de que todas las actividades humanas están ligadas al uso de alguna forma de energía: el automóvil que aprovecha la energía producida por la combustión de los combustibles , los veleros que aprovechan el empuje del viento que es su cinético energía , electrodomésticos y herramientas que utilizan electricidad, pilas y pilas que utilizan energía química, etc.
Por supuesto, para poder utilizar la electricidad es necesario producirla porque, de hecho, no es una energía primaria presente libremente en la naturaleza en formas y cantidades que puedan utilizarse con fines prácticos. La producción se lleva a cabo en centrales eléctricas .
Fue en 1870 cuando el acoplamiento de la dínamo a la turbina hidráulica inició la producción comercial de electricidad. En cambio, la primera planta termoeléctrica se plantó en Pearl Street en Nueva York en 1882 para abastecer la primera red de alumbrado público . Anteriormente la única forma de producir electricidad era mediante reacciones químicas oa través de pilas , de hecho el único uso práctico de la electricidad era para el telégrafo . En 1870 la producción mecánica de energía eléctrica dio lugar a la segunda revolución industrial y fue un florecimiento de inventos sobre el aprovechamiento de esta energía, cuyos principales artífices por excelencia fueron Thomas Alva Edison y Nikola Tesla .
Año | Liderazgo en la producción mundial de electricidad |
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1883 | Primera central termoeléctrica , que convirtió la energía química contenida en el carbón |
1885 | Comienzo del alumbrado público eléctrico |
1892 | Primera central hidroeléctrica , que convertía la energía cinética de una masa de agua, a veces denominada con cierto énfasis "carbón blanco" de los Alpes [1] |
1893 | Inicio de la electrificación de tranvías, ferrocarriles e industrias |
1915 | Producción de electricidad de 3 000 millones de kilovatios hora |
1930 | Producción de electricidad de 10 670 millones de kilovatios hora |
1950 | Producción de electricidad de 24 680 millones de kilovatios hora |
1957 | Producción de electricidad de 45 000 millones de kilovatios hora |
La mayoría de las técnicas de generación de electricidad se basan en el uso de vapor a presión , en el que el agua a presión se calienta a temperaturas muy altas (a veces incluso por encima de los 600 °) gracias al uso de una fuente de energía primaria; el vapor sobrecalentado se expande en una turbina que hace girar un alternador . El uso de una turbina de vapor acoplada a un alternador es común para la generación de energía con turbina de gas , nuclear , solar termodinámica y geotérmica . Las combinaciones de turbina-alternador también son comunes para la generación de energía eólica e hidroeléctrica , mientras que solo la fotovoltaica y el uso de hidrógeno en pilas de combustible no involucran partes giratorias.
En general, las siguientes fuentes de energía primaria se utilizan comúnmente para obtener energía eléctrica [2] :
El término que se considera más relevante en relación con el impacto ambiental causado por el consumo de energía eléctrica -o en realidad su producción asociada siempre y contextualmente al consumo- es el debido a la emisión de dióxido de carbono (CO 2 ) a la atmósfera por combustión . de combustibles fósiles en centrales termoeléctricas . Si bien en el pasado se han planteado dudas sobre la correlación entre la concentración de CO 2 atmosférico y el efecto invernadero , la principal causa del calentamiento global , recientemente la ONU también ha confirmado que existe un vínculo seguro de causa y efecto.
El Instituto Superior de Protección e Investigaciones Ambientales (ISPRA) tiene la tarea de realizar un examen anual de la producción eléctrica nacional con su distribución entre las diferentes fuentes de generación (termoeléctrica a partir de diversos combustibles y tecnologías, hidroeléctrica, eólica, fotovoltaica, geotérmica, bioenergía) cada uno con su propio factor de emisión. De esta forma, entre otras cosas, es posible determinar el factor medio de emisión de dióxido de carbono por kilovatio hora de electricidad consumida. Para el año 2016 , este factor es de 330,6 gramos de CO 2 por kilovatio hora para Italia [3] . Dado que la familia típica italiana consume aproximadamente 2700 kWh/año [4] [5] se puede deducir que cada familia, sólo por el consumo eléctrico doméstico, emite una media de 893 kg de CO 2 al año a la atmósfera .
Otro término útil para evaluar, comparar y minimizar el impacto ambiental, en aplicaciones donde se debe considerar el posible uso de electricidad, es el llamado factor de conversión de energía primaria. Es el factor (a multiplicar) que indica cuanta energía se consume en las plantas para producir electricidad. Este factor debe utilizarse junto con otros factores (no eléctricos) para evaluar el rendimiento energético de los edificios, es decir, para elaborar el certificado de rendimiento energético representado en pocas palabras por la clase en una escala que va de A (máxima eficiencia) a G ( eficiencia mínima). Para comparar dos posibles soluciones de calefacción diferentes -digamos una con caldera de gas y otra con bomba de calor eléctrica- y decidir cuál es la más eficiente, sería incorrecto comparar directamente la energía (térmica) del gas hipotéticamente consumido con la electricidad necesaria para alimentar una bomba de calor que funcione en el mismo edificio y condiciones climáticas. Esto se debe a que la electricidad consumida debe a su vez ser producida y para ello se requiere un consumo de combustibles cuya energía es algo mayor que la electricidad. A nivel nacional, el factor de conversión en energía primaria más actualizado (2015) es 1,95 para la cuota de electricidad en la red procedente de fuentes no renovables [6] . En pocas palabras, un kilovatio hora de electricidad consumido equivale a quemar 1,95 kilovatios hora de combustibles fósiles no renovables (o similares) en centrales eléctricas.
En Europa, el factor medio de conversión de electricidad en energía primaria está fijado institucionalmente en 2,5 [7] . Este mismo factor de 2,5 se utiliza, por ejemplo, para definir la clase de eficiencia en la etiqueta energética de los calentadores de agua [8] : dado que estos aparatos pueden ser tanto a gas como eléctricos, se necesitaba un indicador representativo del consumo "real", por lo que se informó , para aparatos eléctricos, a la energía primaria consumida (mientras que el gas ya es un portador de energía primaria). En este contexto, también dada la libre circulación de mercancías dentro de la Unión, la opción más lógica parece ser utilizar el factor eléctrico medio europeo. Asimismo, el factor aparece de forma explícita en la Recomendación europea sobre los criterios a aplicar para la evaluación de la eficiencia energética de los edificios [9] . Más recientemente, la Comisión Europea está proponiendo la actualización del factor institucional a 2.0 debido al aumento de la generación eléctrica a partir de energías renovables y la consiguiente reducción del mix eléctrico de la fracción procedente de centrales termoeléctricas de combustible fósil [10] [11] .
A nivel de naciones europeas individuales, se han observado disparidades tanto en los valores absolutos de los respectivos factores de conversión como en las formas específicas en que se calculan [12] [13] . Por esta razón, recientemente (2016) se realizó un estudio en nombre de la Comisión Europea que describe y compara cuatro métodos diferentes para calcular el coeficiente de conversión de electricidad a energía primaria, cada uno con su propia corrección y consistencia [14] .
El término más indicado en las publicaciones y documentos europeos es el factor de energía primaria (PEF, por sus siglas en inglés) en inglés. Estados Unidos, por otro lado, prefiere el término relación fuente a sitio , que sigue siendo la relación entre la energía consumida en la fuente (la de los combustibles) y la energía consumida in situ (es decir, en el punto de retiro de los usuarios). El factor medio es de 3,14 (año 2013) para la red eléctrica de los estados norteamericanos y de 2,05 para Canadá [15] . También a nivel de los organismos americanos como en Europa, se está debatiendo la actualización de la metodología de cálculo integrando correctamente las aportaciones de las energías renovables con los valores actuales. En este caso, el coeficiente de EE. UU. debería aumentarse a 1,94 [16] .
Dado que, de hecho, cualquier intervención humana tiene un cierto impacto en el medio ambiente y que la lista no puede ni pretende ser exhaustiva, otros ejemplos de impactos significativos relacionados con los diversos modos de producción de electricidad se refieren a la cuestión de la seguridad y los residuos nucleares , el impacto de las grandes centrales hidroeléctricas o el efecto visual de las plantas.