Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte una forma de energía en electricidad. Hay muchos tipos diferentes de generadores de electricidad. La mayor parte de la generación de electricidad mundial proviene de generadores que se basan en el descubrimiento del científico Michael Faraday en 1831 de que mover un imán dentro de una bobina de alambre hace (induce) que una corriente eléctrica fluya en el cable., Hizo el primer generador de electricidad llamado disco de Faraday, que opera sobre esta relación entre el magnetismo y la electricidad y que llevó al diseño de los generadores electromagnéticos que usamos hoy en día.
Los generadores electromagnéticos utilizan un electroimán, un imán producido por la electricidad, no un imán tradicional. Un generador electromagnético básico tiene una serie de bobinas aisladas de alambre que forman un cilindro estacionario, llamado estator, que rodea un eje electromagnético, llamado rotor., Girando el rotor hace que una corriente eléctrica fluya en cada sección de la bobina de alambre, que se convierte en un conductor eléctrico separado. Las corrientes en las secciones individuales se combinan para formar una gran corriente. Esta corriente es la electricidad que se mueve de los generadores a través de líneas eléctricas a los consumidores. Los generadores electromagnéticos impulsados por motores cinéticos (mecánicos) representan casi toda la generación de electricidad en los Estados Unidos.
generadores impulsados por turbinas
La mayor parte de la generación de electricidad en Estados Unidos y el mundo proviene de plantas de energía eléctrica que utilizan una turbina para impulsar generadores de electricidad., En un generador de turbina, un fluido móvil (agua, vapor, gases de combustión o aire) empuja una serie de palas montadas en el eje del rotor. La fuerza del fluido en las palas gira/gira el eje del rotor de un generador. El generador, a su vez, convierte la energía mecánica (cinética) del rotor en energía eléctrica. Los diferentes tipos de turbinas incluyen turbinas de vapor, turbinas de combustión (gas), turbinas hidroeléctricas y turbinas eólicas.,
Las turbinas de vapor se utilizan para generar la mayoría de la electricidad del mundo y representaron aproximadamente el 48% de la generación de electricidad de EE. La mayoría de las turbinas de vapor tienen una caldera en la que se quema un combustible para producir agua caliente y vapor en un intercambiador de calor, y el vapor alimenta una turbina que impulsa un generador. Los reactores nucleares utilizan barras de combustible nuclear para producir vapor. Las plantas de energía solar térmica utilizan energía solar para producir vapor. De los 10 mejores ESTADOS UNIDOS, plantas de energía eléctrica en 2019, 9 tienen turbinas de vapor alimentadas por energía nuclear, carbón y gas natural.
Las turbinas de gas de combustión, que son similares a los motores a reacción, queman combustibles gaseosos o líquidos para producir gases calientes para girar las palas de la turbina.
Las turbinas de vapor y de combustión pueden funcionar como generadores independientes en un solo ciclo o combinadas en un ciclo combinado secuencial. Los sistemas de ciclo combinado utilizan gases de combustión de una turbina para generar más electricidad en otra turbina. La mayoría de los sistemas de ciclo combinado tienen generadores separados para cada turbina., En sistemas de ciclo combinado de un solo eje, ambas turbinas pueden conducir un solo generador. Obtenga más información sobre los diferentes tipos de centrales eléctricas de ciclo combinado. En 2019, las centrales eléctricas de ciclo combinado suministraron aproximadamente el 33% de la generación de electricidad en los Estados Unidos.
Las plantas de cogeneración, que pueden denominarse cogeneradores, utilizan el calor que no se convierte directamente en electricidad en una turbina de vapor, una turbina de combustión o un generador de motor de combustión interna para el calor de procesos industriales o para el calentamiento de espacios y agua., La mayoría de las plantas de cogeneración más grandes de los Estados Unidos se encuentran en instalaciones industriales como fábricas de pulpa y papel, pero también se utilizan en muchos colegios, universidades e instalaciones gubernamentales. La cogeneración y las centrales eléctricas de ciclo combinado son las formas más eficientes de convertir un solo combustible en energía útil.
Las turbinas hidroeléctricas utilizan la fuerza del agua en movimiento para hacer girar las palas de la turbina para alimentar un generador. La mayoría de las centrales hidroeléctricas utilizan agua almacenada en un embalse o desviada de un río o arroyo. Estas centrales hidroeléctricas convencionales representaron alrededor del 7% de los EE.UU., generación de electricidad en 2019. Las centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo utilizan los mismos tipos de turbinas hidroeléctricas que las centrales hidroeléctricas convencionales, pero se consideran sistemas de almacenamiento de electricidad (véase más adelante). Otros tipos de turbinas hidroeléctricas llamadas turbinas hidrocinéticas se utilizan en los sistemas de energía de las mareas y las olas. Obtenga más información sobre los diferentes tipos de turbinas hidroeléctricas.
Las turbinas eólicas utilizan la potencia del viento para mover las palas de un rotor para alimentar un generador. Hay dos tipos generales de turbinas eólicas: las de eje horizontal (las más comunes) y las de eje vertical., Las turbinas eólicas fueron la fuente de aproximadamente el 7% de la generación de electricidad en Estados Unidos en 2019.
Las plantas de energía geotérmica utilizan recursos geotérmicos para impulsar generadores eléctricos.
Los sistemas de conversión de energía térmica Oceánica (OTEC) utilizan una diferencia de temperatura entre el agua oceánica a diferentes profundidades para alimentar una turbina y producir electricidad. Hay un sistema OTEC de demostración en Hawaii.
Otros tipos de generadores
Hay muchos tipos diferentes de generadores de electricidad que no utilizan turbinas para generar electricidad., Los más comunes en uso hoy en día son los sistemas solares fotovoltaicos (PV) y los motores de combustión interna.
Las células solares fotovoltaicas convierten la luz solar directamente en electricidad. Se utilizan para alimentar dispositivos tan pequeños como relojes de pulsera y se pueden conectar entre sí en paneles que se conectan entre sí en matrices para alimentar hogares individuales o formar grandes plantas de energía. Las plantas de energía fotovoltaica son ahora una de las fuentes de generación de electricidad de más rápido crecimiento en todo el mundo.,
Los motores de combustión interna, como los motores diesel, se utilizan en todo el mundo para la generación de electricidad, incluso en muchas aldeas remotas de Alaska. También se utilizan ampliamente para el suministro de energía móvil en obras de construcción y para el suministro de energía de emergencia o de respaldo para edificios y plantas de energía. Los generadores de motores Diesel pueden utilizar una variedad de combustibles, incluyendo diesel de petróleo, combustibles líquidos basados en biomasa y biogás, gas natural y propano., Los pequeños generadores de motores de combustión interna alimentados con gasolina, gas natural o propano son comúnmente utilizados por los equipos de construcción y los comerciantes y para el suministro de energía de emergencia para los hogares.
otros tipos de generadores de electricidad incluyen pilas de combustible, motores Stirling (utilizados en generadores de placas parabólicas solares térmicas) y generadores termoeléctricos .
| Generator | Plant type | Main fuel/energy source | Share of annual electricity generation |
|---|---|---|---|
| Steam turbine | Single cycle | All sources | 47.7% |
| Coal | 23.3% | ||
| Nuclear | 19.6% | ||
| Natural gas | 2.6% | ||
| Biomass (1.1%); Others (1.,1%) | 2.2% | ||
| Multiple | Combined cycle | Natural gas2 | 32.7% |
| Combustion turbine | 20.9% | ||
| Steam turbine | 10.4% | ||
| Dual/single shaft | 1.4% | ||
| Combustion gas turbine | Single cycle | Natural gas2 | 3.3% |
| Wind turbine | All types | Wind | 7.1% |
| Hydroelectric turbine | Conventional | Water | 7.,0% |
| fotovoltaica | todos los tipos | Solar | 1.7% |
| Otros3 | varios | 0.6% | |
| sistemas de almacenamiento 4 | td>0.1% |
1incluye generadores en centrales eléctricas de escala general (centrales eléctricas con al menos un megavatio de capacidad de generación de electricidad.2el gas natural es la principal fuente de energía (99%) para las centrales eléctricas de ciclo combinado.3 otras fuentes incluyen motores de combustión interna, pilas de combustible y turbinas de ciclo binario.,
4los sistemas de almacenamiento incluyen almacenamiento hidrobombeado, baterías electroquímicas, volantes de inercia, otros. La generación a partir de sistemas de almacenamiento se deduce de la generación total anual de electricidad para evitar el doble cómputo de las fuentes de carga de almacenamiento de energía.fuente: U. S. Energy Information Administration (EIA), formulario EIA-923 Power Plant Operations Report, 2019
última actualización: 9 de noviembre de 2020