Hidroeléctrica

ORIGEN DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

Ya desde la antigüedad la fuerza del agua fue aprovechada para diversos usos, como moler grano o triturar materiales con alto contenido en celulosa para la producción de papel, hecho que atestiguan los numerosos molinos de agua conservados en diferentes partes del mundo.

Pero no sería hasta los inicios de la Revolución Industrial cuando se aprovecha la energía del agua para la producción eléctrica. La creciente industrialización del norte de Europa provoca una gran demanda de energía que vino a ser suplida, en buena parte, gracias a la hidroelectricidad, ya que la extracción de carbón todavía no era lo suficientemente fuerte como para cubrir las necesidades industriales.

Northumberland , en 1880.

Se suele considerar que la primera central hidroeléctrica fue la construida en Estados Unidos y Canadá.

Esta fuente de energía tuvo un rápido crecimiento debido al desarrollo técnico experimentado a finales del siglo XIX y principios del XX, especialmente en lo que se refiere a la invención del generador eléctrico y al perfeccionamiento de las turbinas hidráulicas.

Su uso no se ha limitado a la producción de electricidad para redes públicas de distribución, sino que también se ha aplicado, de manera exclusiva, para la industria privada, como es el caso de las plantas transformadoras de aluminio en Escocia o Surinam.

LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA EN LA ACTUALIDAD

La energía hidroeléctrica sigue siendo la energía renovable más utilizada en todo el mundo. Se estima que un 20% de la energía consumida en el mundo tiene origen hidroeléctrico, mientras que en los países en desarrollo este porcentaje se eleva hasta el 33%. Si se compara con otras energías renovables los datos son contundentes: del total de la producción renovable mundial, un 90% tiene su origen en la hidrogeneración.

Se trata, además de una energía en crecimiento especialmente en las áreas menos desarrolladas. Según la UNESCO, entre 1995 y 2010 la producción de energía hidroeléctrica habrá crecido en un 65% en todo el mundo, siendo este aumento especialmente agudo en los países del América Latina, Asia y África. Mientras que en estas regiones tan solo se aprovecha el 7% de su potencial hidroeléctrica, en áreas más desarrolladas, como Europa, este porcentaje asciende al 75%, por lo que el crecimiento esperado en los países en vías de desarrollo es elevado.

Se trata, por tanto, de un sistema de generación de energía extendido en todo el mundo, incluso en países que no cuentan con desniveles ortográficos significativos, como es el caso de Holanda.

Unidos y China son los mayores productores del mundo.

EL FUTURO

La energía hidráulica seguirá siendo la principal fuente renovables generadora de electricidad durante los próximos años. De acuerdo con las previsiones presentadas por la Comisión Europea en 2005, no será hasta 2030 cuando la energía eólica, que es la renovable que presenta mayores ratios de crecimiento, supere los niveles de producción de electricidad de la hidráulica en la UE. En los países en vías de desarrollo, donde la energía eólica no presenta un crecimiento semejante, esta situación se alargará en el tiempo.

• El escenario futuro de la hidráulica, por tanto, es el de una forma de generación madura, estable y eficaz, que tendrá un crecimiento moderado y sostenido. A pesar de que, en muchos países, no cuenta con ayudas públicas que sufraguen los gastos de instalación, la generación de hidroelectricidad sí se beneficia de los incentivos económicos asignados a las renovables. En Europa, el mayor desarrollo vendrá en el área de la mini hidráulica, especialmente fomentada por las autoridades energéticas y medioambientales debido a su escaso impacto ambiental.

En nuestro país, el desarrollo a corto plazo se encuentra definido en el Plan de Energías Renovables 2005-2010, que propone algunas medidas para solucionar los problemas derivados de la instalación y aprovechamiento de las centrales: coordinar y racionalizar los criterios de impacto ambiental entre las organizaciones, actualizar la normativa de conexión a la red o la realización de campañas de información sobre las bondades de la hidroelectricidad.

 

CENTRALES HIDROELÉCTRICA

Una central hidroeléctrica aprovecha las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica. Para ello, utiliza turbinas acopladas a los alternadores. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser: 

• Centrales hidroeléctricas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.
  
• Minicentrales hidroeléctricas: entre 1MW y 10MW.
• Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia

Componentes principales de la central hidroeléctrica

• La presa. Responsable de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.
• Rebosaderos. Elementos que permiten liberar parte del agua retenida sin que pase por la sala de máquinas.
• Destructores de energía. Reducen la energía del agua para evitar erosiones en el terreno o sobrecarga. Los dos tipos principales son:

    Los dientes o prismas de cemento. Provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.

    Los deflectores de salto de esquí. Disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.

• Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y elementos de regulación y control de la central.

• Turbina. Transforman la energía cinética de una corriente de agua en energía mecánica.

• Alternador. Tipo de generador eléctrico que transforma la energía mecánica en eléctrica.

• Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones. En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormigón. Su construcción está siempre supeditada a las condiciones geográficas. Por eso, la mejor solución es construir un túnel de carga, aunque el coste de inversión sea más elevado. La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000 m y hormigón para saltos de agua de 500m.
• Válvulas. Dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías.
• Chimeneas de equilibrio. Pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado “golpe de ariete”, que produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas. 

La turbina hidráulica

La turbina hidráulica es el elemento fundamental con el que se aprovecha la energía. Transforman la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua en energía mecánica. Su componente más importante es el rotor, que tiene una serie de palas impulsadas por el agua en movimiento. Las turbinas hidráulicas se pueden clasificar en dos grupos:

• Turbinas de acción. Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente en energía cinética. Su característica principal es que el agua tiene la máxima presión en la entrada y la salida del rodillo. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.
  
• Turbinas de reacción. Solamente una parte de la energía de presión del agua se transforma en energía cinética. El agua tiene una presión menor en la salida que en la entrada.

Las turbinas más utilizadas y con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. Sus características técnicas y sus aplicaciones más destacadas son:

• Turbina Pelton. También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposición horizontal del eje.
• Turbina Francis. Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal máximo. Se pueden instalar con el eje en posición horizontal o en posición vertical, pero, en general, la disposición más habitual es la de eje vertical.
• Turbina Kaplan. Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada.

Funcionamiento de una central hidroeléctrica

La presa se sitúa en el curso de un río donde, artificialmente, acumula un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad. Para ello, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central. El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas, el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión. El agua, una vez ha cedido su energía, vuelve al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe.