¿Cómo se genera la energía eléctrica?

Hay ciertas cosas que muchos damos por sentado. Que haya energía eléctrica en nuestra vida cotidiana es una de ellas. Sin embargo, con los cortes del servicio eléctrico en Ecuador desde el 27 de octubre de 2023, por la baja en las reservas energéticas del sistema eléctrico nacional, es importante entender lo más básico: cómo se genera la energía eléctrica que consumimos en el país. 

En Ecuador la mayoría de energía eléctrica que consumimos es de generación por fuentes hídricas. Según datos del Ministerio de Energía y Minas de 2020, el 92% de la energía proviene de centrales hidráulicas, el 7% de centrales térmicas, y el 1% de fuentes no convencionales, como la energía solar, eólica, biomasa, biogás, geotermia, entre otras. 

Ecuador tiene 71 centrales hidroeléctricas, 34 centrales de energía solar o energía fotovoltaica, 3 de energía eólica (usan el viento), 3 de energía de biomasa (usan la combustión de la materia orgánica), y 2 centrales de energía de biogás (que usa a la biodegradación de la materia orgánica de los residuos sólidos urbanos para generar la energía).

La energía hidráulica, también llamada hídrica, se genera a partir del uso de agua almacenada en grandes represas, ubicadas en la parte alta, que son construidas en el paso de un río o arroyo. Al abrirse y cerrarse, las puertas de la represa, el agua cae desde gran altura hacia unas turbinas, haciendo que las hélices de estas giren y activen un generador que, a su vez, al girar su rotor, genera energía.

¿Cómo se usa la fuerza del agua para generar energía? 

Las centrales hidroeléctricas, como la cuestionada Coca Codo Sinclair en la Amazonía ecuatoriana, transforman la energía potencial que está almacenada en el agua, en energía cinética al hacer que el agua caiga desde un punto alto a un punto bajo con fuerza. 

La energía potencial es la energía que está almacenada en los objetos por su posición, por ejemplo, un martillo encima de una mesa. La cinética es la energía asociada al movimiento de los cuerpos, es decir, la acción que hace que un objeto pase de un estado de reposo al movimiento. Por ejemplo, el uso de un martillo para perforar una pared.

Esto hace girar las turbinas que están en la parte baja que, al girar, activan los generadores de energía.

Norman Jiménez, ingeniero eléctrico especializado en sistemas eléctricos de potencia, le dijo a GK que existen tres tipos de centrales hidroeléctricas. Estas son:

• Centrales de pasada: la corriente de un río o arroyo pasa por una turbina y luego se devuelve al caudal natural aguas abajo de la central. 
• Centrales de embalse: el agua de uno o varios ríos y arroyos se acumula en un embalse, natural o artificial (represa), y luego cae río abajo para encender las turbinas, generar electricidad y volver al río.
• Centrales de almacenamiento: tienen dos embalses a diferentes alturas, uno aguas arriba y otro aguas abajo. El segundo se usa como reserva de energía. Cuando hay menos demanda energética, una vez que el agua cayó río abajo y generó electricidad, puede volver a subir río arriba usando las mismas turbinas que ahora actúan como un sistema de bombeo eléctrico.

Coca Codo Sinclair es una de las principales centrales hidroeléctricas del Ecuador, es una hidroeléctrica de pasada. Está localizada sobre el río Coca en la provincia de Napo. Fotografía de la galería de imágenes de CELEC EP.

Jiménez explica que, cuando el agua cae desde una parte alta a una baja “estamos utilizando el principio de la física de la energía potencial”. Este principio dice que “al elevar una columna de agua tenemos energía potencial y luego cuando esta columna de agua baja se transforma en energía cinética que provoca el movimiento de las turbinas”. 

En las centrales hidroeléctricas las turbinas están acopladas a un generador que tienen un rotor, que al girar crea un campo magnético en las bobinas del estator —la parte fija de una máquina rotativa — que produce el voltaje, dice Jiménez. Es decir, la energía.

El voltaje generado en las grandes hidroeléctricas va a subestaciones con transformadores que elevan los voltios, es decir, transforman la corriente alterna en continua, y luego pasan a las líneas de transmisión para distribuir la energía a todo el país.

El ingeniero Jiménez explica que una vez que pasan a estas líneas van “a través de subestaciones de distribución o subestaciones reductoras” para reducir los altos niveles de voltaje. 

Las redes de distribución en la ciudad, a través de transformadores de reparto, se encargan de dejar la energía en “220 o 120 voltios para el consumo tanto domiciliario, como industrial”, dice Jiménez. Esa es la energía eléctrica que usamos diariamente. 

Otras fuentes de energía en Ecuador 

La energía hidráulica no es la única usada en el país para generar electricidad. Según el Ministerio de Energía y Minas, hay otros 4 tipos de fuentes de energía renovables.

Estas son: 

Energía Solar

En Ecuador existen 34 centrales de energía solar o energía fotovoltaica. Esta energía, cuya fuente principal es el sol, se obtiene en forma de radiación electromagnética, es decir, por medio de la luz, el calor y los rayos ultravioleta emitidos por el sol, a través de paneles solares o colectores. 

Los paneles solares se pueden colocar sobre el tejado o en el piso. Fotografía del sitio web de Ener City.

Según los investigadores Jorge Patricio Muñoz-Vizhñay, Marco Vinicio Rojas-Moncayo y Carlos Raúl Barreto-Calle, de la Universidad Nacional de Loja, la radiación solar en Ecuador es considerable, sobre todo en la Costa y la Sierra. El valor medio aproximado de la radiación solar global en el país es de 4.575 watts por hora en un metro cuadrado cada día. 

Esta cantidad de radiación solar sería suficiente para dar energía a los hogares de mayor consumo de Nueva York, de acuerdo a este mapa de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Columbia. 

Norman Jiménez explica que este tipo de energía se genera a través de los fotones (partículas de luz esenciales del proceso electromagnético), que chocan en una placa de silicio en los paneles solares y generan, inicialmente, pequeños voltajes. 

Los paneles solares están conectados entre sí de dos formas: en serie y en paralelo. En serie, el voltaje que atraviesa el panel se divide entre sus componentes y la corriente se mantiene. Mientras que en paralelo la corriente se divide entre los componentes del panel y el voltaje se mantiene igual. La agrupación de los pequeños voltajes en los paneles solares generan electricidad. 

En un inicio el tipo de corriente que genera es continua, esto quiere decir que fluye en línea recta y luego es transformada a corriente alterna, que viaja en ondas.

Energía Eólica 

Las corrientes de aire de las zonas costeras y montañosas de Ecuador son aprovechadas mediante la instalación de grandes hélices conocidas como aerogeneradores , que al girar transforman la energía cinética del viento en electricidad. 

En el país hay 3 centrales de este tipo de energía localizadas en Loja, y en las islas San Cristóbal y Baltra del archipiélago de Galápagos. 

La central eólica Villonaco de 16.5 MW de potencia está en la provincia de Loja, fue la primera central eólica en Ecuador continental. Fotografía del sitio web del Ministerio de Energía y Minas.

Estos aerogeneradores se componen de una torre alta y una hélice o rotor en la parte de arriba. El ingeniero Jiménez explica que las hélices “con la acción del viento se mueven y este movimiento es transmitido a una caja de cambios a un generador”. El generador convierte el movimiento mecánico de las hélices en energía eléctrica. 

La electricidad generada es inicialmente corriente alterna y se convierte en corriente continua a través de un sistema de rectificación. La corriente continua generada es transformada una vez más a corriente alterna mediante el uso de un inversor. Luego, es transportada por medio de cables subterráneos o aéreos hasta una subestación cercana en la que se ajusta el voltaje y se conecta a la red eléctrica, para su distribución y consumo.

Energía de Biomasa

Diariamente, en la agricultura y en la ganadería se produce mucho material orgánico que acumulado “genera un gas, metano, que se lo puede canalizar a calderos o a generadores de vapor para producir energía eléctrica”, dice Jiménez.

En Chile, la biomasa “leñable” es el 18% del total de su energía primaria y el 5% de la generación eléctrica proveniente de la biomasa forestal. Fotografía de la cuenta de Flickr del Ministerio de Agricultura de Chile bajo licencia CC BY-NC 2.0 DEED.

Este tipo de energía se obtiene a través de la combustión de la materia orgánica.

Según la Escuela Superior Politécnica del Litoral (Espol), en el país la fuente principal para la biomasa viene del banano, arroz, cacao, caña de azúcar, maíz, palma africana, piña, café, palmito, plátano y de los residuos de actividades avícolas, porcinas y vacunas. 

Ecuador tiene 3 centrales de energía de biomasa. 

Energía de Biogás

Este tipo de energía es producida mediante la biodegradación —descomposición— de la materia orgánica de los residuos sólidos urbanos. Es decir, los residuos domésticos como la basura. 

Un promedio de 2 mil toneladas de basura llegan diariamente al Relleno Sanitario de Quito. Fotografía del sitio web de la Emgirs.

Según la Empresa Pública Metropolitana de Gestión Integral de Residuos Sólidos (Emgirs), en el país existe una Planta de Generación de Energía Eléctrica a partir del Biogás que la maneja Emgirs y y la empresa GasGreen S.A, en convenio con el Municipio de Quito. Emgirs y GasGreen se encargan de sacar la materia orgánica de los cubetos del Relleno Sanitario de Quito. 

Esto lo hacen a través de tuberías que llevan la materia orgánica a los motogeneradores, máquinas que mueven un generador eléctrico a través de un motor de combustión interna, para producir electricidad. 

Ecuador tiene 2 centrales de este tipo de energía.