La relativa facilidad para
almacenar y también para transportar a grandes distancias el carbón, el
petróleo y el gas ha sido uno de los factores primordiales del
desarrollo industrial en los últimos siglos. La popularización del uso
del automóvil se basa también en la posibilidad de llevar consigo
suficiente carburante para recorrer varios cientos de kilómetros.
Sin embargo, la electricidad es la única forma de energía capaz de ser transformada
casi totalmente en cualquiera de las otras formas, y de ser
transportada largas distancias desde los lugares donde es producida (¡en
realidad transformada!) a costo relativamente reducido. Actualmente, se
trabaja en mejorar las pérdidas por calentamiento de las redes de alta tensión, que rondan el 10%.
Producir energía eléctrica es relativamente simple si se dispone de un alternador
de auto o una dínamo de bicicleta: basta con hacerlos girar. Cuando
hacemos girar una dínamo a mano, la energía de nuestro cuerpo se
transforma en energía mecánica
(el movimiento de nuestro brazo y nuestra mano para mover la dínamo) y
la dínamo transforma esa energía mecánica en energía eléctrica. Se puede
hacer un experimento simple para mostrar esto: poniendo y sacando un
imán en el interior de un rollo de alambre en los extremos del mismo
veremos que se produce un voltaje.
Para no gastar nuestra propia energía, podemos recurrir a
alguna astucia: por ejemplo podemos ponerle unas aspas al rotor del
alternador y hacer que la corriente de un río las mueva. Nuevamente
estamos en presencia de varias transformaciones de energía: la energía potencial gravitatoria
que tiene el agua en las alturas se transforma en energía mecánica del
agua del río y es esa energía mecánica la que se transforma en energía
eléctrica. Este es sin dudas el caso más simple de energía
hidroeléctrica. En las centrales hidroeléctricas de Yacyretá o El Chocón, este proceso se realiza a gran escala: el agua mueve grandes turbinas, las que a su vez hacen girar los ejes de grandes generadores. Las centrales hidroeléctricas pueden tener potencias que van desde los cientos de kW (microturbinas para pequeños emprendimientos aislados) hasta varios miles de MegaWatts o Megavatios (Yacyretá, Itaipú).
Si en lugar del agua del río usáramos la fuerza del viento
para mover el alternador, diríamos que transformamos la energía mecánica
de los vientos (eólica) en energía eléctrica. Esto sucede en los
aerogeneradores o molinos que son comunes en el campo. Los
aerogeneradores más evolucionados hasta el presente tienen aspas de
alrededor de 10 metros de largo y tienen una potencia máxima de cerca de
1 Megavatios, es decir que se requerirían aproximadamente 1.500 de
ellos para totalizar la potencia de El Chocón.
El motor a explosión de nuestro auto hace girar al
alternador, que genera la energía eléctrica para que la batería del auto
se recargue, a la vez que alimenta las componentes eléctricas del
mismo. Un sistema similar a éste lo constituyen los generadores
eléctricos llamados "de explosión", en los cuales un motor (generalmente
Diesel) a explosión hace girar al alternador. Este tipo de instalación
tiene una potencia que no supera en general la escala del Megavatio.
Suele usarse como reserva de emergencia para cuando falla el suministro
de electricidad normal (emergencias en hospitales, fábricas, etc.). A
este equipo a veces se lo llama "grupo electrógeno".
Otra solución similar sería producir un chorro de vapor y
con él mover las aspas que antes usamos para el río o el viento. Por
ejemplo, en nuestro hogar podríamos poner una pava o una olla a presión
con agua sobre la hornalla de la cocina y usar el vapor que sale por el
pico o por la válvula para mover las aspas, que a su vez harían mover la
dínamo. En este caso, la energía química del combustible (por ejemplo el gas, carbón petróleo, leña) se transforma en energía calórica
que se usa para calentar el agua y generar vapor. La energía calórica
se transforma en la energía mecánica del vapor, que es a su vez
transformada en energía eléctrica por la dínamo. Las "fábricas de
electricidad" que utilizan este método se llaman generalmente "usinas", o
centrales térmicas.
En las usinas como Puerto Nuevo o Costanera, en Buenos
Aires, en lugar de pavas u ollas a presión hay enormes calderas donde se
queman fuel oil
y gas para calentar grandes cantidades de agua y mover grandes
turbinas, que a su vez mueven a los alternadores o generadores. Las
usinas térmicas pueden tener una potencia que va desde los cientos de kW
hasta alrededor de 1.000 Megavatios.
En el caso de la energía solar,
mediante grandes espejos parabólicos se podría concentrar el calor del
Sol en un calentador de agua y así obtener vapor, siendo el resto del
proceso similar al de las centrales térmicas. Las centrales solares
experimentales que hay en el mundo actualmente que utilizan este sistema
ocupan grandes espacios, pero su potencia no supera los 2 ó 3
Megavatios.
La luz solar puede también ser usada para producir directamente energía eléctrica (efecto fotoeléctrico),
sin pasar por la producción de calor ni el movimiento de alternadores,
como sucede con las celdas fotovoltaicas de los relojes y calculadoras
solares. Con esta técnica actualmente se pueden generar potencias del
orden de algunos kilovatios, es decir para hacer frente a algunas de las
necesidades de una casa de familia.
En un reactor nuclear, el alternador (o la dínamo) es en
realidad un generador eléctrico que alimenta las grandes redes de
distribución eléctrica. Las aspas de nuestro pequeño molino son
reemplazadas por los álabes (nombre que se da a las aspas) de una
sofisticada turbina que mueve al generador. Un condensador recupera el vapor que mueve la turbina, refrigerándolo con el agua de un río. La pava es reemplazada por un generador de vapor
y el fuego es reemplazado por un proceso nuclear. El área donde se
producen los procesos nucleares es el reactor nuclear que está en el
interior de un recinto de contención, edificio de importancia para la
seguridad de la instalación. La potencia de las centrales nucleares para
producción de energía eléctrica va desde el orden de los 100 MW hasta
aproximadamente 1.500 MW. En la actualidad existen proyectos para
diseñar centrales nucleares de 20 a 100 MW (por ejemplo el proyecto Carem que lleva adelante actualmente la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) en Argentina).
