CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

ÍNDICE

1. Un poco de historia

2. Introducción

3. Centrales hidroeléctricas

o Clasificación, según el caudal

o La presa: presas

o Funcionamiento

4. Tipos de centrales hidroeléctricas

o De acuerdo a la potencia generada

o De acuerdo al emplazamiento

5. Ventajas e inconvenientes

6. La energía hidráulica en España 

HISTORIA

Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.

La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó las industrias textiles y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio.

Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes presas de contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano y el otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.

La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El principal impulso de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.

INTRODUCCIÓN

La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica.

El esquema general de una central hidroeléctrica puede ser: Esquema Central Hidroeléctrica

Un sistema de captación de agua provoca un desnivel que origina una cierta energía potencial acumulada. El paso del agua por la turbina desarrolla en la misma un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente eléctrica.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

-CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASADA

Una central de pasada es aquella en que no existe una acumulación apreciable de agua "corriente arriba" de las turbinas. En una central de este tipo las turbinas deben aceptar el caudal disponible del río "como viene", con sus variaciones de estación en estación, o si ello es imposible el agua sobrante se pierde por rebosamiento.En ocasiones un embalse relativamente pequeño bastará para impedir esa pérdida por rebosamiento.

El esquema de una central de este tipo puede ser el siguiente:

-CENTRAL HIDROELÉCTRICA CON EMBALSE DE RESERVA

En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable de líquido "aguas arriba" de las turbinas mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales.El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas.Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses , cosa que sería imposible en un proyecto de pasada. Las centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una inversión de capital mayor que las de pasada, pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía posible y producir kilovatios-hora más baratos.

Pueden existir dos variantes de estas centrales hidroeléctricas:

A)La de casa de máquina al pie de la presa:En las figuras siguientes observamos en PLANTA y CORTE el esquema de una central de este tipo:

PLANTA

CORTE

La casa de máquinas suele estar al pie de la presa, como ilustra el dibujo, en estos tipos de central, el desnivel obtenido es de carácter mediano.

B)Aprovechamiento por derivación del agua:

En las figuras siguientes tenemos un esquema en PLANTA y CORTE de una central de este tipo:

PLANTA

En el lugar apropiado por la topografía del terreno, se ubica la obra de toma de agua, y el líquido se lleva por medio de canales, o tuberías de presión, hasta las proximidades de la casa de máquinas. Allí se instala la chimenea de equilibrio, a partir de la cual la conducción tiene un declive más pronunciado, para ingresar

finalmente a la casa de máquinas. La chimenea de equilibrio es un simple conducto vertical que asegura al cerrar las válvulas de la central, que la energía cinética que tiene el agua en la conducción, se libere en ese elemento como un aumento de nivel y se transforme en energía potencial. Los desniveles en este tipo de central suelen ser mayores comparados con los que se encuentran en los tipos anteriores de centrales.

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE BOMBEO

Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos de un país.

Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía eléctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía.Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador.Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente.Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores.

PRINCIPAL COMPONENTE DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

LA PRESA

El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud, que se encarga de atajar el río y remansar las aguas.

Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de la contención, y otro nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energía.

Tipos de presas:

- Según su forma

De gravedad:Como se muestra en la figura tienen un peso adecuado para contrarrestar el momento de vuelco que produce el agua

De bóveda:Necesita menos materiales que las de gravedad y se suelen utilizar en gargantas estrechas.En estas la presión provocada por el agua se transmite íntegramente a las laderas por el efecto del arco.

-Según su función:

Presas de derivación: El objetivo principal de estas es elevar la cota del agua para hacer factible su derivación, controlando la sedimentación del cauce de forma

que no se obstruyan las bocatomas de derivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un objetivo secundario.

Presas de Almacenamiento: El objetivo principal de éstas es retener el agua para su uso regulado en irrigación, generación eléctrica, abastecimiento a poblaciones, recreación o navegación, formando grandes vasos o lagunas artificiales. El mayor porcentaje de presas del mundo, las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este objetivo.

Presas filtrantes o diques de retención: aquellas que cumplen con la función de retener los sólidos, ya sean materiales relativamente finos o rocas grandes, que sean transportadas por los torrentes en zonas montañosas, pero sin obstruir el paso del agua.

Presas de control de avenidas: aquellas que cumplen la finalidad de laminar el caudal de las avenidas torrenciales, con el objetivo de que el terreno que se encuentra aguas abajo no salga afectado, si se produce alguna tormenta.

FUNCIONAMIENTO

La misión de la presa es acumular una cantidad grande de agua formando un embalse. Con el fin de generar un salto, se realizan aguas arriba y a cierta profundidad unas tomas de agua protegidas por una rejilla metálica, para evitar la entrada de cuerpos extraños que pudieran dañar las turbinas. Unas compuertas regulan el caudal de agua en la tubería forzada, que lleva el agua desde la toma hasta la casa de máquinas donde hacen girar las turbinas produciendo energía eléctrica.

Soldado al eje, y para que pueda girar con él, el grupo turbina-alternador dispone de un generador de corriente continua que tiene como fin producir una corriente eléctrica continua suficiente para excitar los electroimanes del rotor del alternador, quienes, a su vez inducen en su giro una corriente eléctrica en el estátor; en los terminales de éste aparece entonces una corriente eléctrica alterna de media tensión y alta intensidad.

Mediante transformadores, la corriente pasa a ser de baja intensidad y alta tensión, de forma que pueda transportarse, con las menores pérdida posibles, a los centros de distribución y de consumo.

Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas.Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie.

La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego.Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura, los aliviaderos se diseñan para que la mayoría del líquido se pierda en una cuenca que se encuentra a pie de presa, llamada de amortiguación.Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes compuertas, de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad, según la demanda de la situación.

En cuanto al funcionamiento de las centrales de bombeo, diremos que son un caso especial de centrales hidroeléctricas, que disponen de dos embalses situados a diferente altura. En las horas punta de consumo, estas centrales funcionan como una central hidroeléctrica normal, es decir, el agua del embalse superior pasa por las turbinas, produciendo energía eléctrica, y se almacena en el embalse inferior. En las horas de consumo más bajo el agua almacenada en el embalse inferior es bombeada hacia el superior para iniciar de nuevo el ciclo.

En una instalación hidroeléctrica de bombeo las turbinas se convierten en bombas aspirantes que funcionan con la energía nocturna, marginal y a bajo precio que las centrales térmicas producen en horas de baja demanda dado lo antieconómico que resultaría su parada. El agua es bombeada y embalsada para volver  a producir energía en los momentos más favorables para la explotación conjunta del sistema.

TIPO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

-Según su potencia:

La potencia se rige en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo que puede mover las turbinas, además de las características de las turbinas y de los generadores

Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser centrales de gran potencia (más de 10MW), minicentrales hidráulicas (entre 1MW y 10MW) y microcentrales hidráulicas (menos de 1MW).

La energía minihidráulica se considera una energía renovable ya que los sistemas de distribución y gestión empleados son diferentes a los de las centrales de elevada potencia y su impacto ambiental es mucho más reducido. Para la obtención de energía minihidráulica no siempre es necesario incluir una presa en la instalación y si esta existe no debe superar los 15 metros de altura.

La mayoría de los pequeños aprovechamientos hidroeléctricos son del tipo de agua fluyendo, lo que quiere decir que las turbinas generan electricidad mientras pase por ella un caudal igual o superior a su mínimo técnico, es además por esto también

que deben ser bien diseñadas para aprovechar al máximo la fuente de agua disponible.

VENTAJAS DE LAS CENTRALES:

-No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.

-Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.

-A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo.

-Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.

-La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.

DESVENTAJAS DE LAS CENTRALES:

-Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos.

-El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.

-La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas.

-La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.

ENERGÍA HIDRÁULICA EN ESPAÑA

En España la energía hidráulica solo cubre el 1,6% de las necesidades eléctricas

Debido a las grandes desigualdades en caudales y desniveles de los ríos la energía es obtenida en las comunidades de esta manera:

CC.AA. Potencia instalada (MW) %

Castilla y León 263,8 15,08

Cataluña 232,4 13,29

Galicia 214,9 12,29

Andalucía 197,7 11,30

Aragón 194,3 11,11

Navarra 161,2 9,22

Castilla-La Mancha 105,1 6,01

Asturias 90,3 5,16

País Vasco 54,8 3,13

Cantabria 53,5 3,06

La Rioja 45,9 2,62

Madrid 45,5 2,60

Com. Valenciana 44,7 2,55

Extremadura 25,2 1,44

Murcia 18,3 1,05

Islas Canarias 1,4 0,08

TOTAL 1.749 100

Según la potencia generada se divide de esta manera:

Tipo de central Potencia

(MW) %

potencia Producción (GWh)

% producció

n

Mayor de 50 MW 13.521,0 73,97% 25.013,9 68,47%

Entre 10 y 50 MW 2.938,5 16,08% 5.876,9 16,09%

Minihidráulica (<10 MW)

1.818,9 9,95% 5.638,7 15,44%

Total 18.278,4 100% 36.529,5 100%