Una central de producció d'energia elèctrica és una planta industrial destinada a la producció d'electricitat. Les centrals elèctriques transformen diferents fonts d'energia primària en energia elèctrica a fi de proveir als consumidors (particulars o industrials) d'electricitat. La xarxa elèctrica permet el transport de l'electricitat entre els diversos consumidors.
Tota central elèctrica que estigui connectada a la xarxa elèctrica, sense importar la dimensió de la central o el seu tipus, està composta per dos components: en primer lloc, el sistema generador, el qual converteix el potencial d'energia d'una font primària en electricitat, i en segon lloc, el transformador (o inversor, en el cas d'una central de corrent continu com per exemple una central fotovoltaica). Aquest segon component és la interfície física amb la xarxa de transport d'energia elèctrica.
Una característica bàsica de la interconnexió entre una central elèctrica i la xarxa elèctrica és que l'electricitat produïda pel generador ha d'estar en fase amb l'electricitat de la xarxa. Els sistemes de transmissió operen amb corrent altern. Abans de connectar la central en funcionament a la xarxa, s'ha de produir una sincronització, en la que tant el voltatge com la freqüència s'han d'alinear amb les de la xarxa. Un cop produïda l'alineació, és quan la centrals elèctrica produeix electricitat per a la xarxa.
Aquestes centrals es constitueixen d'una caldera i d'una turbina de vapor (Cicle de Rankine). El combustible més utilitzat per aquest tipus de centrals és el carbó tot i que es poden trobar centrals que utilitzen biomassa, gas natural, petroli, o bé deixalles. El terme convencionals serveix per a diferenciar-les d'altres centrals tèrmiques, com les nuclears o les de cicle combinat.
La major part de les centrals tèrmiques convencionals de calderes que fan servir el carbó polvoritzat, el qual s'injecta a la caldera. Les centrals més modernes fan servir un cicle de vapor supercrític que permet obtenir un rendiment superior al 45%.
El funcionament de les centrals termoelèctriques és el mateix, independentment del combustible que utilitzem (carbó, fueloil o gas). Malgrat això, sí que hi ha diferències pel que fa al tractament previ que es fa del combustible i al disseny dels cremadors de les calderes de les centrals. A les centrals tèrmiques hi ha sistemes d'emmagatzematge de combustibles:
Tan bon punt el combustible és a la caldera, es crema, i això genera la producció d'energia calorífica que es fa servir per a escalfar aigua i per a transformar-la, posteriorment, en vapor a una pressió molt elevada. A partir d'aquest vapor es fa girar una turbina i un alternador perquè aquest produeixi electricitat.
L'electricitat generada passa per un transformador que n'augmenta la tensió i així es pot transportar més còmodament i s'assegura que es redueixen les pèrdues derivades de l'efecte Joule (xoc d'electrons que produeix calor, i consegüentment, pèrdues energètiques).
El vapor que surt de la turbina s'envia a un element anomenat condensador per a fi de convertir-lo en aigua i poder-lo retornar novament a la caldera on començar un nou cicle de producció de vapor.
La incidència d'aquesta mena de centrals sobre el medi ambient es produeix de dues maneres bàsiques:
Les turbines de gas de cicle simple són un pèl costoses econòmicament de construir, però tenen l'avantatge que es poden fer servir ràpidament (contràriament a les calderes de vapor a les quals els hi cal una certa inèrcia). Tot i això, tenen un rendiment pobre (vora el 35%), ja que es fan servir per a produir electricitat basant-se en la pressió causada pel vapor, però no es té en compte la calor d'aquest.
L'energia elèctrica que s'obté en una central tèrmica es produeix en una turbina o bé en calderes. Aquesta conversió té lloc o bé en una dinamo (produeix corrent continu) o bé un alternador (produeix corrent altern). La causa del pas d'energia mecànica a l'elèctrica no és pas la causa dels baixos rendiments de les centrals tèrmiques, és la conversió de l'energia tèrmica en mecànica. El cicle combinat consisteix a alimentar la caldera d'una turbina de vapor amb vapor molt calent (de 600 a 800 °C) que prové d'una caldera. Així doncs, és, de fet, la fusió dels dos tipus de centrals tèrmiques, cosa que resulta en un augment del rendiment de la producció elèctrica.
Aquestes centrals fan servir els cicles de conversió termodinàmica, així doncs, en comptes de calderes com les de les centrals tèrmiques, s'usa un reactor nuclear. L'energia nuclear es basa en les reaccions nuclears de fissió d'elements pesats com ara l'urani i el plutoni, cosa que genera calor. Les de fusió nuclear es basen en la unió d'elements lleugers com ara l'hidrogen o l'heli per a la producció d'energia.
Les energies renovables corresponen a diverses fonts d'energia que es renoven a escala humana i no geològica.
L'energia hidràulica és una possible solució a la producció d'energia, ja que és un tipus d'energia renovable.
En un estrenyiment del curs d'un riu, es crea una presa que reté l'aigua. Al peu d'aquesta presa s'hi instal·la una turbina connectada a un alternador. Llavors, es deixa caure aigua provinent de la presa cap al peu d'aquesta. Aquesta, al perdre altura (i per tant, perdre energia potencial per guanyar-ne de cinètica) xoca contra les pales de la turbina, la qual es mou, i es genera l'electricitat.
A la nit, quan el consum d'energia no és tant elevat com de dia, l'energia sobrant produïda en aquest tipus de central també s'usa per a retornar l'aigua de baix de la central a la presa bombant-la, cosa que permet una reutilització d'aquesta aigua per a tornar a produir energia.
En una central eòlica, l'energia elèctrica es produeix per la conversió de l'energia mecànica del vent en un generador, format per uns hèlices orientades a on usualment prové el vent i un alternador.
Es distingeixen les centrals solars en dos grans grups: les fotovoltaiques i les tèrmiques, tot i que les darreres estan poc desenvolupades.
La producció de l'energia solar es basa en l'efecte fotoelèctric, o l'energia solar es transforma en energia elèctrica gràcies a la il·luminació d'unes plaques solars basades en el silici o algun altre material que permet aquest efecte fotoelèctric. Llavors, cada placa solar s'agrupa en panells solars i els panells solars tots junts formen la central solar fotovoltaica.
Aquest sistema, de rendiment pobre, és ben simple. Es va inventar per al manteniment energètic dels satèl·lits militars artificials, però avui en dia el seu major ús la producció d'energia elèctrica d'ús per als ciutadans. A més a més, aquest sistema permet la producció individual d'energia, de manera que una persona pot instal·lar panells solars al terrat d'una casa per a la producció d'energia.
Una central solar tèrmica capta l'energia tèrmica dels rajos solars gràcies a una miralls còncaus els quals concentren tots els rajos que hi impacten en un sol punt. Llavors, en aquest punt s'hi situa una caldera la qual és escalfada gràcies a aquest rajos solars concentrats, cosa que produeix un vapor que mou una turbina connectada a un alternador. A més a més, els miralls són orientables.
Un altre sistema que s'anomena torre solar utilitza l'energia solar per escalfar l'aire que conté una enorme torre. Aquest aire calent puja, creant un corrent de vent que es pot aprofitar per a generar electricitat en unes turbines situades a la part més alta de la torre.
Totes aquestes utilitzen l'aigua del mar per a la generació d'energia elèctrica.
Hi ha tres tipus de centrals:
El planeta Terra està format bàsicament de l'escorça, el mantell i en nucli. El principi de l'energia geotèrmica consisteix a enviar un fluid envall en l'escorça (en una zona geoactiva), perquè al tenir a prop el mantell aquest s'escalfi. Llavors, es transporta aquest fluid calent a la superfície, cosa que permet generar energia elèctrica. A Islàndia, una zona molt geoactiva, l'ús d'aquest tipus d'energia és molt comú.