Una central hidroeléctrica es un conjunto de obras de ingeniería hidráulica junto con una serie de máquinas adecuadas. El objetivo de una central hidroeléctrica es la obtención de electricidad a partir de la energía potencial de masas de agua en movimiento.
Este tipo de centrales eléctricas aprovechan la energía potencial del agua para generar energía eléctrica.
La energía producida por las plantas hidroeléctricas se debe clasificar en todos los aspectos como energía renovable. Gracias al ciclo del agua, este recurso puede reutilizarse sin fin con el mismo propósito sin someterse a un proceso de purificación. El concepto de renovabilidad está subordinado a la constancia del volumen anual de las entradas totales.
Las plantas hidroeléctricas tienen la particularidad de ser activadas y desactivadas en pocos minutos con la apertura inmediata de las válvulas hidráulicas de compuerta. Esta característica brinda la posibilidad de cubrir fácilmente los picos repentinos de demanda de energía eléctrica que puedan ocurrir.
¿Cómo funciona una central hidroeléctrica?
Una central hidroeléctrica moderna se compone de: un embalse, una presa, compuertas, turbinas y generadores.
El depósito almacena el "combustible" y permite a los operadores controlar la cantidad de agua que se alimenta a las turbinas. También sirve como depósito de sedimentación: la mayor parte de la suciedad y los desechos en el agua se depositan en el fondo y lejos del área de succión.
Entrada de agua
El agua que proviene de la cuenca se transporta a las turbinas a través de una entrada (presa de compuerta) y un conducto forzado. Un sistema de filtro de entrada limpia aún más el agua para garantizar que esté relativamente libre de sólidos en suspensión, lo que podría dañar las palas de la turbina.
Los sistemas hidráulicos trabajan juntos para abrir y cerrar las válvulas de compuerta que permiten que el caudal de agua fluya aguas abajo de la cuenca. Estos sistemas son: el regulador, los frenos, los controles de la compuerta, etc.
Turbina hidráulica
La rueda de agua del pasado se ha convertido en una turbina moderna. A diferencia de la forma y la configuración de la pala, los tres tipos principales de turbinas son Francis, Kaplan y Pelton, que llevan el nombre de sus inventores.
Independientemente del tipo de diseño, la turbina transforma la energía cinética del movimiento o caída de agua en energía mecánica.
Generador eléctrico
La turbina está conectada a través del eje al rotor de un generador eléctrico que convierte la energía mecánica en electricidad.
Para una máxima eficiencia, las turbinas están hechas a medida para cada planta hidroeléctrica.
Tipos de centrales hidroeléctricas
Algunos de los tipos más comunes son:
- Centrales hidroeléctricas de embalse: Almacenan agua en un embalse, liberándola gradualmente para mover turbinas y generar electricidad. Son las más comunes.
- Centrales de pasada: No almacenan agua y dependen del flujo constante de ríos o corrientes para generar energía.
- Centrales de bombeo: Almacenan agua en dos embalses a diferentes alturas y generan electricidad bombeando agua desde el embalse inferior al superior durante los períodos de baja demanda, y luego liberándola hacia abajo durante la demanda pico.
- Centrales de mareas: Capturan la energía de las mareas al permitir que el agua fluya hacia y desde una cuenca de marea a través de turbinas.
- Centrales hidroeléctricas subterráneas: Utilizan cavernas o cavidades subterráneas para almacenar agua y generar energía, lo que minimiza el impacto ambiental en la superficie.
- Centrales hidroeléctricas pequeñas o microhidroeléctricas: Son instalaciones más pequeñas que se utilizan en áreas remotas o comunidades rurales para generar electricidad local.
- Centrales de caudal continuo: Estas centrales utilizan la corriente constante de ríos pequeños para generar electricidad de manera continua.
Centrales de bombeo
Las plantas de almacenamiento por bombeo son plantas de energía que llenan su propia cuenca de almacenamiento con agua cuando se produce electricidad en exceso del consumo.
La planta de energía luego compra electricidad a un precio inferior a su precio promedio, momento en el cual cambia su configuración y bombea agua a sus tanques de almacenamiento. Cuando el consumo excede el suministro de electricidad, la central eléctrica vende la electricidad que produce de sus tanques de almacenamiento a los consumidores a un precio que es más caro que su precio promedio.
Las centrales de bombeo utilizan dos embalses situados a distintas alturas. Cuando hay demanda, la central genera electricidad como una planta convencional. El agua cae del embalse superior, acciona las turbinas y se almacena en el embalse inferior.
Cuando la demanda es baja, se bombea de nuevo el agua del embalse inferior, a pié de presa, al embalse superior.
Características principales
La capacidad de producción de una central hidroeléctrica se determina por varios factores clave:
- Diferencia de altura: La potencia generada depende de la diferencia de altura entre el nivel medio del embalse y el nivel de las aguas a pie de presa.
- Caudal máximo: La capacidad de paso del caudal de agua a través de las turbinas es un factor esencial.
- Características de turbinas y generadores: La eficiencia de las turbinas y los generadores eléctricos utilizados en la central influye en la producción de energía.
- Capacidad energética anual: La cantidad de energía que la central puede generar en un período determinado, generalmente un año, es un indicador de su capacidad.
Tipos de turbinas hidráulicas
- Turbina Pelton: Adecuada para altas caídas de agua y caudales bajos a moderados.
- Turbina Kaplan: Ideal para caudales variables y alturas moderadas.
- Turbina Turgo: Utilizada en aplicaciones de caudales medios y alturas moderadas.
- Turbina Francis: Versátil y apta para una variedad de caudales y alturas.
Ventajas de las centrales hidroeléctricas
Los beneficios de la generación eléctrica mediante plantas hidroeléctricas en comparación con otras alternativas son:
Coste económico bajo
La principal ventaja de la energía hidroeléctrica es la eliminación del coste de combustible. El coste de funcionamiento de una central hidroeléctrica es casi inmune a los aumentos en los costos de combustibles fósiles.
El combustible no es necesario y no necesita ser importado.
El costo de mano de obra en general es bajo, ya que las plantas están automatizadas y tienen poco personal durante la operación.
Una central hidroeléctrica puede establecerse con costes relativamente bajos de construcción, proporcionando una útil fuente de ingresos para compensar los costes de operación de base.
Ventajas medioambientales
Esta forma de generar energía no emite gases de invernadero.
Al ser una energía renovable no no consume combustibles fósiles. Por lo tanto, no emite gases de efecto invernadero con el dióxido de carbono, entre otros.
Otros tipos de actividades: Actividades recreativas, deportes y turismo
Los embalses situados en la central, en ocasiones ofrecen facilidades para los deportes acuáticos, convirtiéndose en atractivos turísticos en sí mismos.
En algunos países la cría de peces en bases es común.
De los usos múltiples de las presas para el riego instalado, puede apoyar el establecimiento de cultivo relativamente constante con el alcance del agua.
Inconvenientes de las centrales hidroeléctricas
Mantenimiento
Un problema relacionado con las centrales hidroeléctricas es la acumulación de sedimentos en el embalse superior. Este problema aparece inevitablemente a lo largo del tiempo.
Para evitar esto, los sedimentos acumulados deben ser dragados periódicamente.
Inconvenientes medioambientales
La presencia de una presa implica ciertas complicaciones a nivel del medioambiente:
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Las presas bloquean el transporte de sólidos de los ríos (arena y grava).
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El agua que sale de la central está libre de sedimentos, lo que altera el equilibrio entre el suministro sólido y la actividad erosiva en las aguas aguas abajo. Debido a la contribución reducida o nula sólida, existe el fenómeno de la erosión costera.
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Modificación de paisaje.
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Destrucción de hábitats naturales.
Muchos de estos problemas ambientales no ocurren en los sistemas "MINI-HYDRO", que en la mayoría de los casos no requieren la construcción de presas.