La producción de electricidad es esencialmente un sector industrial que abastece a sus clientes de electricidad para sus necesidades. Para los proveedores de electricidad , este es el primer paso en este suministro, al que le sigue la transmisión y distribución e incluye el almacenamiento .
La producción de electricidad se realiza a partir del final del XIX ° siglo, en las plantas de energía . Las centrales transforman energías primarias , generalmente gracias a generadores eléctricos accionados bien por una máquina térmica alimentada con combustible fósil ( carbón , gas natural o petróleo ), con combustible orgánico ( biomasa , residuos ) o con fisión nuclear , o directamente por la hidroeléctrica o energía mecánica eólica . La energía solar y la geotermia son otras fuentes de energía eléctrica también explotadas.
La participación de la electricidad en el consumo mundial de energía final se situó en el 19,3% en 2018. La producción mundial de electricidad en 2018 provino de combustibles fósiles en un 63,9%, nuclear en un 10,1% y energías renovables en un 25,5% (hidroelectricidad 16,2%, energía eólica 4,8%, energía solar). 2,1%, biomasa 1,9%, geotermia 0,3%). Los dos principales países productores de electricidad representan el 43,7% de la producción mundial: China el 27% y Estados Unidos el 16,7%.
En 1868, el inventor belga Zénobe Gramme mejoró la dínamo de corriente continua , el punto de partida de la industria eléctrica moderna, y fundó la Société des machines magnétoelriques Gramme con el industrial Hippolyte Fontaine . Unos años más tarde, los bulevares de las grandes capitales fueron iluminados por la vela Jablochkoff alimentada por máquinas Gramme, antes de ser suplantada por las lámparas incandescentes de Thomas Edison. La segunda revolución industrial está en marcha.
En 1878, William George Armstrong construye una central hidroeléctrica de 7 kW en Cragside (in) en Inglaterra . Obtiene su energía de los lagos ubicados en la propiedad del ingeniero, a través de dínamos, y abastece a su hogar, así como a maquinaria y edificios agrícolas.
En 1882, Thomas Edison construyó la central eléctrica Pearl Street Station , la primera en los Estados Unidos. Alberga seis dínamos "Jumbo" accionadas por máquinas de vapor , esta última producida con carbón, y proporciona corriente continua en un radio de 800 m . Con una capacidad de 1.200 lámparas, ilumina 85 hogares , oficinas y comercios en Manhattan . Menos de un año después, otras plantas, siempre más potentes, iluminan más de 430 edificios neoyorquinos con más de 10.000 bombillas. También es la primera planta de cogeneración , cuyo calor residual se distribuye a los edificios vecinos y la presión de vapor se vende a las fábricas locales. Posteriormente, la tecnología se adoptará en todo el mundo.
En 1890, la corriente alterna salió victoriosa de la guerra de las corrientes oponiéndola a los partidarios de la corriente continua. La producción de electricidad centralizada se generalizó luego, gracias al transporte de energía de alta tensión.
Los medios de producción son diversos y dependen de muchos factores, entre ellos:
Producción por tipo de energía.
Detalle de energías renovables.
La electricidad se presenta comúnmente como " energía limpia ". Efectivamente, al utilizar los equipos se emiten localmente o gases contaminantes o gases de efecto invernadero . Sin embargo, la electricidad no está disponible de forma natural en la Tierra, es solo un portador de energía . Se produce mediante la conversión de energía primaria en la " potencia ", o el proceso de producción de electricidad más, en particular los más comunes a principios del XXI ° siglo, tienen efectos adversos sobre el medio ambiente:
Además, la construcción de cualquier estructura y cualquier máquina requiere materiales y energía incorporada , que a su vez implican contaminación, vertidos y otros impactos ambientales . El análisis del ciclo de vida revela, por ejemplo, que un aerogenerador es responsable de las emisiones indirectas de CO 2 .que representan, en promedio a lo largo de su vida útil, 12,7 g / kWh , 11/13 de estas emisiones ocurridas durante su fabricación; además, toda la energía que produce durante su primer año de funcionamiento solo compensa la energía que se gastó para ponerla en servicio (afortunadamente, la tasa de retorno de energía durante toda su vida útil es una de las mejores entre las energías renovables). A modo de comparación, la energía nuclear es responsable de emisiones en el mismo orden de magnitud, la solar fotovoltaica de 40 a 45 g / kWh , la térmica de gas de 400 a 500 g / kWh y la térmica de carbón de 1000 g / kWh .
Según Richard York y Jean-Marc Jancovici , a nivel mundial, es más probable que las energías renovables se añadan a las energías convencionales que a sustituirlas, en particular en el campo de la electricidad.
El carbón representa el 36,4% de la producción mundial de electricidad en 2019; en total, el 62,8% de la producción mundial de electricidad se basó en carbono en 2019. En Asia, los múltiples proyectos de centrales eléctricas de carbón corren el riesgo de socavar los objetivos climáticos. En Francia , donde la producción de electricidad es principalmente de origen nuclear , las emisiones de CO 2en 2015, 23,1 Mt por 546 TWh , es decir, 0,06 kg (CO 2) / kWh.
Según un estudio publicado en Nature en 2020, incluso suponiendo que el contenido de carbono de la electricidad no muestre ninguna mejora, todavía hay interés en pasar a los coches eléctricos para el transporte y las bombas de calor para los edificios. Esto se explica por la mejora en el coeficiente de energía primaria (PEC) que permiten las centrales de cogeneración y ciclo combinado. La Agencia Internacional de la Energía llega a la misma conclusión. Está considerando, entre otras cosas, para descarbonizar la electricidad, el secuestro de CO 2.
La producción de energía eléctrica se obtiene convirtiendo otra forma de energía .
Todas las plantas de energía mencionadas anteriormente operan mediante la conversión final de energía mecánica en energía eléctrica a través de un generador como una máquina síncrona (alternador) que produce corriente alterna o una dinamo que produce corriente continua .
Una planta de energía solar fotovoltaica convierte parte de la energía de la radiación solar en corriente continua a través de un colector solar fotovoltaico . Esta energía puede almacenarse en baterías o convertirse en corriente alterna mediante un inversor .
Las centrales termoeléctricas utilizan energía térmica, que se convierte a través de los módulos termoeléctricos que producen corriente continua .
La energía potencial gravitacional se explota en las plantas de energía mareomotriz , las represas hidroeléctricas y las plantas de energía sobre el agua .
La mayoría de las veces, la electricidad se produce a partir de una fuente de calor, utilizando vapor de agua como vendedor ambulante de energía. El vapor luego hace girar turbinas que están acopladas a generadores eléctricos . Las energías hidroeléctrica y eólica son excepciones, ya que es la energía del agua y el viento, movimiento que produce un trabajo directamente en una turbina acoplada a un generador.
Las centrales nucleares suelen utilizar un circuito primario y un circuito secundario de vapor para aislar físicamente el reactor nuclear de la sala de generadores y otras instalaciones.
Algunas instalaciones, conocidas como cogeneración , combinan la generación de electricidad y calor. Este último se puede utilizar para procesos industriales, en microcogeneración para calefacción doméstica o en redes de calefacción . Estas centrales eléctricas combinadas, que generalmente utilizan gas natural , obtienen los mejores rendimientos después de las centrales hidroeléctricas.
También hay plantas de energía de ciclo combinado (CCC) que, para ser más eficiente y, por tanto, menos contaminantes por kilovatio-hora producido, utilizar la energía de calor residual de los gases de escape de la turbina de gas para producir el vapor utilizado en la producción. Un vapor turbina accionando un segundo alternador.
Se están realizando experimentos para utilizar energía geotérmica para producir electricidad excavando muy profundamente en rocas duras, lo que permite calentar un fluido caloportador que suministra vapor a una turbina (a través de una bomba de calor cuando la temperatura es demasiado alta).
Todos los vehículos de motor no eléctricos utilizan un pequeño alternador acoplado mecánicamente al motor principal para la generación local de electricidad de bajo voltaje, reemplazándolo por una batería de almacenamiento mientras el motor principal está apagado.
Las unidades de refuerzo o de emergencia, llamadas generadores , permiten la producción de electricidad una sola vez, todas usan un motor de combustión interna para impulsar el generador. y puede ser:
El Estados Unidos en particular, depende en gran medida de los combustibles fósiles para la electricidad ( petróleo , gas natural , carbón ). Las complejidades de seguridad de la energía nuclear significan que no se han construido plantas de energía nuclear en los Estados Unidos desde la década de 1970 (después del accidente nuclear de Three Mile Island , en el estado de Pensilvania ).
Dado que la energía eléctrica no es adecuada para el almacenamiento , un operador de red debe garantizar en todo momento el equilibrio entre la producción y el consumo de electricidad . Sin embargo, la demanda de electricidad fluctúa diariamente (dependiendo de las necesidades del hogar en particular), semanalmente (dependiendo de las condiciones climáticas ) y anualmente (variaciones estacionales).
Como resultado, los proveedores de electricidad establecen un plan diario de producción de energía y se activan los distintos medios de producción según variaciones de consumo previstas o imprevistas. Por ejemplo, en Francia , las centrales nucleares proporcionan la "base", es decir, cantidades muy grandes de electricidad (de 900 a 1450 MW por central eléctrica); las centrales eléctricas pueden arrancar en horas y proporcionar el "semi-núcleo", en funcionamiento continuo o estacional; finalmente, las represas hidroeléctricas responden en pocos minutos al “pico” de consumo eléctrico.
La participación de la electricidad en el consumo de energía final fue del 19,3% en 2018 a nivel mundial, en comparación con el 9,4% en 1973.
En 2019, por primera vez, las energías renovables de nueva generación (solar, eólica, biomasa, etc. ) pesaron más en el mix eléctrico global (10,39% acumulativo) que la nuclear (10,35%). En julio de 2021, el grupo de expertos Carbon Tracker estimó que la generación de energía mundial a partir de combustibles fósiles había alcanzado su punto máximo, ya que los mercados emergentes ahora también satisfacen su demanda con una creciente dependencia de la energía renovable.
En 2018, la distribución de las fuentes de producción fue la siguiente:
Fuente | 2018 ( TWh ) |
Variación 2000-2018 |
Compartir en 2000 |
Compartir en 2018 |
---|---|---|---|---|
Carbón | 10.160 | + 69% | 38,6% | 38,0% |
Petróleo | 784 | -34% | 7,6% | 2,9% |
Gas natural | 6.150 | + 122% | 17,9% | 23,0% |
Fósiles totales | 17.094 | + 72% | 64,2% | 63,9% |
Nuclear | 2710 | + 5% | 16,7% | 10,1% |
Hidráulico | 4.325 | + 60% | 17,4% | 16,2% |
Geotermia | 89 | + 71% | 0,3% | 0,3% |
Biomasa | 518 | + 356% | 1,3% | 1,9% |
Residuos | 39 | + 122% | 0,2% | 0,1% |
Energía eólica | 1,273 | + 3962% | 0,2% | 4,8% |
Fotovoltaica solar | 554 | + 69200% | 0,005% | 2,1% |
Solar th. | 11 | + 2052% | 0,003% | 0,04% |
Mareas | 1 | + 84% | 0,004% | 0,004% |
Total EnR | 6.811 | + 134% | 18,8% | 25,5% |
Residuos no renovados | 80 | + 149% | 0,2% | 0,3% |
Otros | 35 | + 57% | 0,1% | 0,1% |
Total | 26,730 | + 72% | 100% | 100% |
Fuente de datos: Agencia Internacional de Energía PV = fotovoltaica; EnR = energías renovables; solar th. = termodinámico solar. |
País | Generación (TWh) |
% en todo el mundo | % fósiles | % nuclear | % EnR | |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | porcelana | 7.218 | 27,0% | 69,9% | 4,1% | 26,0% |
2 | Estados Unidos | 4.455 | 16,7% | 63,6% | 18,9% | 17,4% |
3 | India | 1,583 | 5,9% | 78,6% | 2,4% | 19,0% |
4 | Rusia | 1,115 | 4,2% | 64,0% | 18,4% | 17,7% |
5 | Japón | 1.058 | 4,0% | 71,5% | 6,3% | 20,3% |
6 | Canadá | 654 | 2,4% | 19,3% | 15,5% | 65,2% |
7 | Alemania | 643 | 2,4% | 50,9% | 11,8% | 37,3% |
8 | Brasil | 601 | 2,2% | 15,0% | 2,6% | 82,3% |
9 | Corea del Sur | 590 | 2,2% | 72,0% | 23,0% | 4,3% |
10 | Francia | 582 | 2,2% | 8,1% | 71,0% | 20,9% |
11 | Arabia Saudita | 378 | 1,4% | 100% | 0% | 0,04% |
12 | México | 336 | 1,3% | 79,5% | 4,1% | 16,4% |
13 | Reino Unido | 333 | 1,2% | 45,0% | 19,5% | 35,5% |
14 | Iran | 310 | 1,2% | 92,3% | 2,4% | 5,3% |
15 | pavo | 305 | 1,1% | 67,6% | 0% | 32,1% |
dieciséis | Italia | 290 | 1,1% | 58,9% | 0% | 40,9% |
17 | Indonesia | 284 | 1,1% | 82,6% | 0% | 17,4% |
18 | España | 274 | 1,1% | 40,5% | 20,3% | 39,2% |
19 | Taiwán | 276 | 1,0% | 84,1% | 10,0% | 5,9% |
20 | Australia | 261 | 1,0% | 82,9% | 0% | 17,1% |
21 | Africa del Sur | 256 | 1,0% | 88,9% | 4,5% | 6,6% |
Mundo total | 26,730 | 100% | 63,9% | 10,1% | 25,5% |
Durante varios años, una mesa redonda anual ha reunido a reguladores de los Estados Unidos y la Asociación de Reguladores de la Unión Europea (CEER). En 2006, los reguladores de energía crearon una plataforma de intercambio en línea.
En octubre de 2009, 200 reguladores de energía y 11 asociaciones regionales han creado una “Confederación Internacional de Reguladores de Energía” (ICER) para intercambiar información sobre “ buenas prácticas ” en temas relacionados con la regulación energética.
El ICER seleccionó cuatro temas y grupos de trabajo: