¿Cómo se estima la potencia eléctrica de una central eléctrica?

Su pregunta es muy general, y también lo es esta respuesta.

  

Cuando una planta de energía crea energía como la Presa Hoover, puede proporcionar 2.07 GW de energía eléctrica. Mi pregunta es ¿qué significa esto? Supongo que a partir de la ley de Faraday, el voltaje inducido en la bobina del generador produce una corriente, y esta combinación (P = VI) es la potencia real, pero estoy seguro de que mi pensamiento es ingenuo. ¿Alguien puede hacer un bosquejo aproximado de cómo se calcula la potencia eléctrica de una central eléctrica?

Desde una perspectiva mecánica

"2.07 GW" significa que la producción máxima de la central eléctrica es de 2.07 GW. Es muy probable que esta sea una serie de unidades más pequeñas, por ejemplo, unidades de 20 × 100 MW = 2.0 GW.

El generador es un convertidor de energía mecánica en energía eléctrica. Por lo tanto, para generar 2.07 GW de energía eléctrica, se debe proporcionar una cantidad equivalente de energía mecánica. En el caso de la Presa Hoover, la energía mecánica es proporcionada por el agua que cae a una elevación más baja, renunciando a su energía potencial gravitatoria en el proceso.

Desde esta perspectiva, puede pensar en la potencia de salida eléctrica máxima de una planta de energía como la tasa máxima a la que puede convertir energía mecánica en energía eléctrica, teniendo en cuenta la eficiencia del proceso de conversión.

La velocidad a la que se genera la potencia mecánica es un problema de un ingeniero mecánico. Para una estación hidroeléctrica, la potencia mecánica dependería de la presión del agua, el tamaño de la turbina y varios parámetros de diseño. Para una turbina eólica, la potencia mecánica se establecería por el radio de las palas. Y así sucesivamente.

Desde una perspectiva eléctrica

Sí, la energía eléctrica producida sigue la Ley de Faraday y la Ley de Ohm, aunque para un sistema de CA, V e I son sinusoides que pueden no estar en fase, y P ≠ VI. Más bien, potencia aparente (voltios-amperios) S = VI, y potencia real (vatios) P = VI cos ɸ.

Otras complicaciones incluyen pérdidas eléctricas (según la ley de Ohm) y pérdidas magnéticas (corrientes de Foucault inducidas en partes metálicas).

  

Si es posible, ¿qué tipo de tensiones y corrientes producen las centrales eléctricas antes de los transformadores Step Up? Por supuesto, esto varía de una central eléctrica a otra.

Con respecto a los voltajes típicos

En mi experiencia, los generadores pequeños (es decir, los grupos electrógenos diesel) se generan directamente a la tensión de utilización, digamos 415 V aquí en Australia.

Las unidades de centrales eléctricas más grandes generan un voltaje medio como 11kV antes de aumentar el voltaje de transmisión, es decir, 132 kV.

Imagino que se prefiere un voltaje medio como 11kV en lugar de un voltaje alto como 33kV, porque se requiere menos aislamiento en los devanados y las partes giratorias pueden ser físicamente más ligeras.

Con respecto a las corrientes típicas

Una turbina de gas aeroderivada, es decir, el General Electric LM6000, suele tener una potencia aproximada de 45 MW y podría tener un alternador de 60 MVA conectado. El cálculo de la corriente de línea trifásica a 11kV se deja como un ejercicio para el lector. No olvides tu √3.

Una unidad de la central eléctrica de carbón podría tener una potencia nominal de 400 MVA a 22 kV. Consulte "Central eléctrica de Tarong" en QLD, Australia, que consta de cuatro unidades grandes como esta. De nuevo, el cálculo de la línea actual se deja como ejercicio.

Nota: estoy en casa y, por lo tanto, no tengo acceso a mi material de referencia en el trabajo. Los números anteriores son indicativos, así que trátelos con un grano de sal.

Si tiene curiosidad por conocer los principios de funcionamiento exactos y la teoría de un generador de CA, lo invito a buscar un libro de texto sobre maquinaria eléctrica. Mi favorito personal es Máquinas eléctricas de Mulukutla Sarma. Consulte la biblioteca de su universidad para obtener una copia.

Esta es una pregunta muy general, creo que es demasiado larga y quizás no sea tan útil para hacer una respuesta muy detallada.

Básicamente, la energía eléctrica se genera al convertir un tipo diferente de energía.
Consulte Potencia eléctrica en Wikipedia.

Una planta hidroeléctrica trabaja utilizando la energía cinética (convertida de la energía potencial) del agua.
Consulte hidroelectricidad

El voltaje se crea básicamente girando un motor eléctrico (el mismo principio se aplica cuando un motor está funcionando sin carga y hace que la corriente sea cero). Consulte el generador eléctrico

Leer esos enlaces y seguir las secciones (incluso leyendo dentro de los enlaces que le interesan) debe satisfacer su curiosidad.

La potencia de la planta es la potencia máxima que puede proporcionar (condiciones ideales), sumando la potencia real en las 3 fases.
El voltaje en la fuente puede variar, pero se fija después del paso hasta 138kV o 230kV (se puede elevar hasta 700kV AC). Para una primera idea mira: Powerwise , CPS Energy

Como todos sabemos que la energía no se puede crear ni destruir, sino que se puede convertir de una forma a otra, llegamos a la comprensión de que una forma de energía pasa por un proceso específico para salir como otra.

La energía que conocemos se puede derivar de varias fuentes, como el sol, el viento, el calor, el magnético, el agua, etc.

A partir de esto, vemos que estamos utilizando máquinas u otros dispositivos para convertir uno de estos en el otro (generalmente electricidad) para satisfacer nuestras necesidades finales.

En ingeniería eléctrica, llamamos a este lugar (donde las máquinas se utilizan para convertir una forma de energía a otra) como una planta de energía. Las centrales eléctricas pueden ser de varios tipos, incluyendo hidroeléctricas, solares, molinos de viento, nucleares, térmicas. En cada una de estas centrales eléctricas, la entrada se toma (ya sea por un motor o por una célula solar, o por las aspas de un molino de viento, etc.) y se usa para rotar un generador (o un alternador). El alternador genera energía eléctrica que luego se transmite a través de cables y se envía a lugares remotos para ser utilizados.

Este sistema completo que se ocupa de la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica se denomina sistema de energía.

Las plantas de energía nuclear crean "poder" al "dividir los átomos". En términos más apropiados, esto es fission nuclear . A menudo usan átomos de uranio, y utilizan aceleradores de partículas . La intensa energía térmica generada por la división del núcleo de uranio, ya que el uranio es casi el átomo más pesado y no es radiactivo.

El calor generado por la fisión nuclear de los átomos de uranio proporciona la energía térmica para propulsar turbinas mecánicas que, a su vez, extraen la potencia mecánica que, a su vez, se transfiere a la energía eléctrica. Luego, esta energía se saca de la planta y se transfiere a las subestaciones a través de varios transformadores de CA, y finalmente al panel de alimentación de su hogar.