¿Cómo funciona una central eléctrica? Historia y evolución

Trabajar de aprendiz de un encuadernador le cambió la vida y revolucionó el mundo. Michael Faraday era el hijo de un humilde herrero en el Londres de principio del siglo XIX. Pero de la noche a la mañana tuvo acceso a libros que hasta ese momento le habían resultado inaccesibles. Su pasión por la ciencia, y el pequeño laboratorio que aquel encuadernador le permitió instalar en la trastienda, hicieron el resto.

Faraday descubrió la relación del magnetismo y la electricidad y, lo más importante, cómo usar uno para producir la otra. Sus primeros diseños de generadores electromagnéticos nos dieron control real sobre la electricidad, transformando el movimiento en energía útil. Su ley sigue explicando cómo funcionan la mayoría de las centrales eléctricas que hoy en día iluminan el mundo.

Cómo funcionan las centrales eléctrica

Han pasado casi dos siglos desde que Faraday diseñó aquel primer generador eléctrico de disco. La electricidad ha dejado de ser algo con lo que experimentar para convertirse en una necesidad básica en nuestro día a día. Los tipos de centrales eléctricas se han diversificado y multiplicado. Aun así, aquellas primeras ideas de Faraday perviven y los generadores son parte central del funcionamiento de una central eléctrica.

“Hoy por hoy, las tecnologías de los diversos tipos de centrales eléctricas son muy diferentes. Prácticamente, lo único que tienen en común entre sí es la producción de electricidad”, señala Jorge Morales, ingeniero industrial, emprendedor y divulgador energético. “Se trata de transformar una energía primaria en electricidad, una forma de energía mucho más cómoda para su uso final”.

Las centrales térmicas utilizan combustibles fósiles o nucleares como energía primaria. Los aerogeneradores aprovechan la fuerza del viento y las centrales mareomotrices, la de las mareas. En todas ellas, es necesario un generador que transforme la energía mecánica en electricidad.

Simplificando mucho, los generadores eléctricos que transforman la energía mecánica constan de dos piezas: el estátor y el rotor. El estátor es un cilindro metálico hueco, cuyo interior está cubierto de un bobinado de cobre. El rotor es un eje macizo que se aloja en el interior del estátor y va también cubierto de bobinado de cobre. Este rotor actúa como un imán y gira al ritmo que marca una turbina (que a su vez se mueve mediante la energía primaria que utilice la central) generando electricidad.

En la actualidad, la única gran excepción a este proceso electromecánico son las centrales fotovoltaicas. “Estas utilizan el efecto fotoeléctrico para transformar la radiación solar en corriente eléctrica continua que, mediante un inversor, se convierte en corriente alterna para la red”, añade Morales.

Tipos de centrales térmicas

Más allá de esta relación entre turbinas y generadores presente en muchos tipos de centrales, las grandes diferencias radican en cómo se mueve esa turbina. Las centrales térmicas liberan, como su propio nombre indica, energía térmica para calentar agua y transformarla en vapor a alta presión y temperatura, vapor que mueve la turbina. Hay muchas clases de centrales térmicas, pero vamos a quedarnos con dos: las convencionales y las nucleares.

“Las convencionales queman gas natural, carbón o fuel, aunque lo más habitual ahora, sobre todo en España, es quemar gas”, explica Jorge Morales. “El calor que sale de la caldera se transforma en electricidad mediante una turbina acoplada a un alternador. Es un proceso que así explicado parece casi sencillo, pero la realidad es mucho más compleja”.

Las centrales nucleares también se consideran térmicas, pero utilizan la llamada energía de fisión. Mientras en las convencionales la caldera es el elemento central, aquí ese papel lo juega el reactor nuclear, en el que la energía térmica “se obtiene a través de las reacciones de fisión nuclear en cadena de los átomos de uranio del combustible nuclear”, tal como detallan desde el Foro de la Industria Nuclear Española.

La fuerza del agua y las centrales hidroeléctricas

La energía fluye en el mundo natural y las centrales nos permiten aprovecharla para crear electricidad. Las centrales hidroeléctricas son, probablemente, el mejor ejemplo. De nuevo, el objetivo es mover una turbina, pero aquí no necesitamos calentar agua mediante algún combustible, sino que es la propia fuerza del líquido la que la impulsa.

Mediante una presa o embalse, se almacena agua y energía, es decir, se acumula la llamada energía potencial. Desde lo alto del embalse, el agua se filtra a través de una tubería hacia la central, que suele estar en la parte baja. A través de este recorrido, la energía potencial se transforma en cinética y logra mover la turbina, dando paso a un proceso de generación electromecánica similar al de los casos anteriores.

“Este tipo de centrales tienen un valor enorme porque, además de que no emiten gases de efecto invernadero, muchas son gestionables. Es decir, nos permiten decidir en qué momento se produce la electricidad”, subraya Morales. Las térmicas también son gestionables, pero la mayoría de ellas tienen el inconveniente de las emisiones (las nucleares tampoco generan gases de efecto invernadero).

Un amplio abanico de renovables para un futuro sostenible

Las energías renovables suelen meterse todas en un mismo lugar, pero las tecnologías que las aprovechan no podían ser más diferentes entre sí. Las propias centrales hidroeléctricas, el primer tipo de central diseñado en la historia, se consideran renovables, en la medida que aprovechan un tipo de energía primaria que es virtualmente infinito.

En los últimos años, las que más protagonismo han ganado como piedra angular de la transformación del sistema energético global son la eólica y la solar fotovoltaica. En la eólica, los álabes (o palas) del aerogenerador sustituyen a la turbina y mueven directamente el alternador para producir el campo eléctrico. En la solar fotovoltaica, como ya hemos visto, el proceso es completamente diferente y se utiliza el efecto fotoeléctrico para generar electricidad.

“También tenemos la solar termoeléctrica, que concentra los rayos de sol en un punto por el que circula agua y genera vapor que mueve una turbina, o las centrales de biomasa, que funcionan de forma similar a las centrales térmicas, pero queman subproductos de la agricultura o la ganadería, por lo que se consideran renovables en la medida en que su huella de carbono es neutra”, añade el ingeniero y divulgador energético.

En la actualidad, las centrales térmicas convencionales siguen proporcionando la mayor parte de la electricidad en el mundo, según los datos de la Agencia Internacional de la Energía. Sin embargo, las renovables crecen a buen ritmo y es probable que a mediados de la década hayan superado ya al gas y al carbón, lo que supone un gran paso en cuanto a sostenibilidad se refiere. La realidad climática hace necesario un cambio en el modelo energético y el futuro parece reservado para las centrales eléctricas limpias.