Cel mai răspândit procedeu de producere a energiei electrice necesită o sursă de căldură care să asigure încălzirea apei în scopul obţinerii de vapori sub presiune. Aceşti vapori, destinzându-se într-o turbină, antrenează generatorul (de curent alternativ), care produce energie electrică. După ce au efectuat lucrul mecanic necesar, vaporii sunt condensaţi cu ajutorul unei surse de frig, care este, în general, o sursă de apă rece (apă curgătoare, mare), în care se construiesc circuite de răcire. În figura 1 este reprezentat ciclul de producere clasică a energiei electrice.

 

Figura 1. Ciclul clasic de producere a energiei electrice.

În cazul în care căldura rezultată la condensarea vaporilor, este recuperată şi utilizată pentru încălzire, apare noţiunea de cogenerare.

Sursa de căldură, este în mod clasic, rezultatul arderii combustibililor fosili (petrol, gaz, cărbune), sau rezultatul fisiunii nucleare, în reactoare proiectate să controleze amploarea acestei reacţii.

Combustibilii fosili sau uraniul utilizate în aceste cicluri, pot fi înlocuite de surse regenerabile. Sursa de căldură poate fi astfel:

• arderea biomasei (lemn, biogaz, deşeuri organice);
• căldura din interiorul planetei (geotermică), ce poate fi obţinută fie prin pomparea către suprafaţă direct a apei calde, fie exploatând temperatura ridicată a rocilor de adâncime, prin injectarea apei de la suprafaţă şi recuperare ei, după încălzire;
• soarele, prin concentrarea razelor cu ajutorul unor oglinzi parabolice, sau prin exploatarea apei calde de la suprafaţa mărilor din zonele tropicale.

În cazul unor surse regenerabile de energie, nu este necesară sursa de căldură pentru producerea energiei electrice. Este cazul energiei eoliene, hidraulice şi solare fotovoltaice.

În cazul energiilor eoliană şi hidraulică, turbina ce antrenează generatorul electric, este antrenată la rândul ei de presiunea vântului sau a apei. În figura 2 este reprezentată această modalitate de conversie energetică.

Figura 2. Modalitatea eoliană sau hidraulică de producere a energiei electrice.

Presiunea vântului este rezultatul energiei sale cinetice. Presiunea apei este rezultatul energiei sale potenţiale şi cinetice.

Energia electrică furnizată de generator, poate fi injectată direct în reţeaua electrică, fără utilizarea unui convertor static de putere, este indicat în figura 2, dar în acest caz, pentru a menţine constantă frecvenţa tensiunii (şi a curentului) la 50 sau 60 Hz, viteza generatorului trebuie menţinută constantă, acţionându-se pentru aceasta asupra orientării palelor turbinelor eoliene, sau, în cazul turbinelor hidraulice, prin reglarea debitului de apă.

Avantajul convertoarelor statice de putere constă, pe de o parte, în posibilitatea funcţionării alternatorului la viteză variabilă şi, pe de altă parte, în creşterea randamentului conversiei energetice, prin reducerea complexităţii controlului mecanic al palelor turbinelor eoliene sau al debitului de apă în cazul turbinelor hidraulice. Acest tip de funcţionare cu viteză variabilă se dezvoltă în domeniul generării hidraulice (mai ales pentru mică putere) şi tinde să se generalizeze în cazul generării eoliene, unde acest tip de funcţionare apare în mod natural, datorită variaţiilor semnificative ale vitezei vântului.

În cazul generării solare fotovoltaice, energia electrică este produsă direct, prin intermediul celulelor semiconductoare de siliciu, pe baza energiei conţinute de radiaţia solară. Convertoarele statice de putere sunt în general utilizate pentru a asigura optimizarea conversiei energetice. În figura 3 este reprezentată această modalitate de conversie energetică.

Figura 3. Modalitatea solară fotovoltaică de producere a energiei electrice.

Energia electrică mai poate fi produsă pornind de la un motor diesel sau o turbină cu gaz (derivată dintr-un motor cu reacţie similar celor de avion), ce antrenează un generator electric. Sursa primară de energie este, în general, reprezentată de combustibili fosili, dar se are în vedere înlocuirea acestora cu biocarburant sau biogaz.