Refrigeración en la industria energética

En Estados Unidos, el 90 % de la electricidad se genera en centrales térmicas o termoeléctricas (de carbón, nucleares, de gas natural y de petróleo), que requieren refrigeración. El 10 % restante se genera mediante energía hidroeléctrica y otras fuentes de energía renovable. Algunas tecnologías de energía renovable también se incluyen en la categoría termoeléctrica, como ciertos tipos de centrales solares, geotérmicas y de biomasa.

¿Por qué es necesaria la refrigeración?

Una central termoeléctrica hierve agua para producir vapor, que luego hace girar turbinas para generar electricidad. El calor necesario para hervir el agua puede provenir de la combustión de combustible, reacciones nucleares o directamente del sol u otras fuentes, incluida la energía geotérmica subterránea. Cuando el vapor pasa por una turbina, debe enfriarse hasta convertirse en agua antes de poder reutilizarse para generar más electricidad. El agua fría enfría el vapor de forma más eficaz y aumenta la eficiencia de la generación de energía eléctrica.

Tipos de refrigeración

Aunque todas las centrales termoeléctricas utilizan agua para producir vapor y, por lo tanto, electricidad, no todas la utilizan como sistema de refrigeración.

Existen tres métodos principales de refrigeración:

En los sistemas de circulación directa, se utiliza agua de una fuente cercana (como un río, lago, acuífero u océano), que circula por tuberías para absorber el calor del vapor en sistemas llamados intercambiadores, y el agua caliente se descarga de nuevo en la misma fuente local. Inicialmente, los sistemas de circulación directa fueron los más populares debido a su simplicidad, bajo coste y la posibilidad de ubicar las centrales en lugares con abundantes reservas de agua de refrigeración. Este tipo de sistema está ahora muy extendido en el este de Estados Unidos. Muy pocas centrales eléctricas nuevas utilizan sistemas de refrigeración de circulación directa, debido a la alteración que provocan en los ecosistemas locales y a las crecientes restricciones para ubicar centrales cerca de fuentes de agua existentes.

Un sistema de refrigeración de recirculación o de circuito cerrado reutiliza el agua de refrigeración en otra etapa antes de devolverla a la fuente principal inmediatamente después de su descarga. La mayoría de los sistemas de recirculación utilizan torres de refrigeración para añadir humedad al aire ambiente. Parte del agua se evapora y el resto se envía al intercambiador de calor de la central eléctrica. Dado que en los sistemas de recirculación el agua solo se añade para reponer la que se pierde por evaporación en las torres de refrigeración, estos sistemas requieren mucha menos agua que los de un solo paso, pero tienden a consumir bastante más. En el oeste de Estados Unidos, los sistemas de recirculación son los más comunes.

Los sistemas de refrigeración en seco utilizan aire en lugar de agua para enfriar el vapor que sale de la turbina. Estos sistemas funcionan sin consumo de agua y pueden reducir el consumo total de la planta en más del 90 %. Este ahorro de agua conlleva mayores costes operativos y una menor eficiencia. En las centrales eléctricas, una menor eficiencia implica que se necesita más combustible para producir cada unidad de electricidad, lo que a su vez genera contaminación atmosférica e impactos ambientales derivados de la extracción, el procesamiento y el transporte del combustible. En el año 2000, la mayoría de las instalaciones de refrigeración en seco en Estados Unidos se encontraban en centrales eléctricas más pequeñas, especialmente en centrales de ciclo combinado alimentadas con gas natural. Aproximadamente el 43 % de los generadores termoeléctricos en Estados Unidos utilizan refrigeración de paso único, el 56 % refrigeración por reflujo y el 1 % refrigeración en seco (datos de 2008). En 2008, alrededor del 30 % de la generación de electricidad se produjo mediante refrigeración de paso único, el 45 % mediante refrigeración por reflujo y el 2 % mediante refrigeración en seco. En algunos casos, centrales eléctricas similares también generan electricidad mediante sistemas que no utilizan vapor, como turbinas de combustión.

Entrada y salida de agua para la refrigeración de la central eléctrica, en galones de agua necesarios por megavatio hora de electricidad generada.

Otros aspectos clave

Ubicación: La ubicación geográfica de una central eléctrica influye significativamente en las opciones de tecnología de refrigeración, la disponibilidad de agua, el tipo de agua utilizada y el impacto ambiental. Por ejemplo, las centrales solares y geotérmicas deben ubicarse en zonas con alta radiación solar y alta energía geotérmica. Estas ubicaciones pueden ser áridas y estar alejadas de los recursos naturales convencionales. En este caso, la refrigeración en seco puede ser una opción, o bien pueden existir fuentes de agua alternativas, pero estas decisiones pueden afectar el rendimiento de las centrales y el medio ambiente local.

Tipo de agua:Si bien muchas centrales eléctricas utilizan agua dulce para la refrigeración, las aguas residuales y el agua salada son otras opciones disponibles, cada una con sus propias ventajas y desventajas. Por ejemplo, el agua salada es una opción obvia y abundante para las centrales costeras, pero estas se enfrentan a desafíos similares a los de las centrales continentales en cuanto al daño a los ecosistemas acuáticos costeros por la sobreexplotación o la contaminación térmica.

Tecnologías que utilizan refrigeración:

Electricidad convencional

• Carbón
• Energía nuclear
• Gas natural
• Petróleo

Electricidad renovable

• Energía solar de concentración (termosolar)
• Energía geotérmica
• Biomasa