Energía Hidroeléctrica

Transcripción

1 Energía Hidroeléctrica

2 > Índice General 1 Introducción 2 2 Historia de la Energía Hidroeléctrica 4 3 Fundamentos de la Energía Hidroeléctrica 6 a) Definición de Energía Hidroeléctrica 6 b) Ventajas e Inconvenientes de la Energía Hidroeléctrica 6 c) Tipos de Turbinas o Ruedas Hidráulicas 7 4 Centrales Hidroeléctricas 10 a) Definición de Central Hidroeléctrica 10 b) Transformación de la Energía Potencial en Energía Eléctrica 10 c) Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica 11 d) Tipos de Embalses 12 e) Conductos del Agua 14 f) Sala de Máquinas 15 g) Transformadores 15 h) Potencia y Energía obtenida en una Central Hidroeléctrica 15 5 Tipos de Centrales Hidroeléctricas 17 a) Minicentrales 17 b) Centrales Hidroeléctricas 18 6 El Potencial Hidráulico Español 19 7 Impacto Ambiental de la Energía Hidroeléctrica 21 8 Análisis de una Central Minihidráulica 23 9 Las Energías en el Futuro 27 1

3 1. Introducción La energía hidroeléctrica es una de las principales energías renovables, junto con la energía solar y la energía eólica. La importancia de las energías renovables en los países de la Unión Europea es cada vez mayor, ya que son fuentes inagotables de energía y son las más respetuosas con el medio ambiente. En la actualidad alrededor del 20% de la electricidad usada en el mundo procede de energía hidroeléctrica. La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura Actualmente se produce energía mediante otras fuentes de energías renovables, las más importantes y el impacto que realizan sobre el medio ambiente es: Energía Solar: El aprovechamiento de la energía solar consiste en captar por medio de diferentes tecnologías la radiación del Sol que llega a la Tierra con el fin de emplear esa energía para diferentes aplicaciones como calentar agua o producir electricidad. El único impacto que producen este tipo de instalaciones es visual, si se trata de instalaciones que ocupan grandes extensiones pueden alterar levemente el ecosistema. Energía Eólica: Los aerogeneradores de turbina de los parques eólicos aprovechan la fuerza del viento para producir electricidad. Grandes parques eólicos pueden producir un impacto ambiental, sobre todo ruido. Además si las aves vuelan a contraluz, en dirección hacia las aeroturbinas, pueden colisionar con ellas. Biomasa: La biomasa es el combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de los recursos biológicos. Si la masa vegetal utilizada sufre un tratamiento termoquímico, se emiten a la atmósfera entre otros: CO, CO 2 y humos. 2

4 Energía Geotérmica: Es la energía que procede del interior de la Tierra. Para extraer el calor de la tierra se emplea algún fluido, normalmente agua, que una vez caliente se extrae y su energía térmica se transforma en otro tipo de energía. Las instalaciones utilizadas suelen producir impactos visuales afectando a pequeña escala a la fauna y flora del entorno. Energía Mareomotriz: Esta energía se obtiene en zonas donde se producen grandes mareas, se construye una presa, y esa presa dispone de uno o varios agujeros, donde se colocan las turbinas. No produce un gran impacto ambiental. Residuos Sólidos Urbanos: Es de las energías renovables la más contaminante, ya que para obtener esa energía hay que incinerar el residuo. Si se trata de residuos vegetales, los efectos son los mismos que los de la biomasa, pero si se tratan otros residuos como plásticos, caucho, textil, el impacto sobre el medio ambiente suele ser bastante grande. Para reducir este impacto, éstos materiales se introducen en hornos especiales a temperaturas elevadas (sobre 900ºC) y los humos se filtran adecuadamente. Como hemos visto el impacto ambiental producido por las energías alternativas es mínimo, excepto el caso de los residuos sólidos urbanos. Energías Renovables 3

5 2. Historia de la Energía Hidroeléctrica 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 Antigua Rueda Hidráulica industrias textil 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 del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían necesaria la construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón. La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento 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. Generador de la antigua central del Eume 4

6 A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de energía hidroeléctrica eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, este tipo de energía representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye la fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6500 Mw y es una de las más grandes. En algunos países en los que el agua es abundante, se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados. En el País Vasco, debido a que los ríos son de curso corto y no conducen caudales importantes, existen bastantes minicentrales hidráulicas. En el resto de España hay problemas de escasez de agua y se han construido presas para riego. Posteriormente han sido aprovechadas para generar energía, y actualmente tenemos una fracción importante de energía hidroeléctrica instalada. Antigua aplicación de la energía hidráulica 5

7 3. Fundamentos de la Energía Hidroeléctrica a) Definición de Energía Hidroeléctrica La energía hidroeléctrica es la que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La energía potencial del agua, durante la caída, se convierte en energía cinética y al pasar por las turbinas a gran velocidad, provoca un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. La energía hidráulica tiene la cualidad de ser renovable, pues no agota la fuente primaria al explotarla, y es limpia, ya que no produce en su explotación sustancias contaminantes de ningún tipo. b) Ventajas e Inconvenientes de la Energía Hidroeléctrica La energía hidroeléctrica es una de las fuentes de energías mas limpias que existen, algunas de sus ventajas son: Es una energía renovable. No se consume, ya que se toma el agua en un punto y se devuelve a otro a una cota inferior. Es autóctona y, por consiguiente, evita importaciones del exterior. Es completamente segura para personas, animales o bienes. No genera calor ni emisiones contaminantes (lluvia ácida, efecto invernadero...) Genera puestos de trabajo en su construcción, mantenimiento y explotación. Genera experiencia y tecnología fácilmente exportables a países en vías de desarrollo. La energía hidráulica no es todo ventajas, también tiene algunos inconvenientes: Salmones y otras especies que tienen que remontar los ríos para desovar se encuentran con murallas que no pueden traspasar. 6

8 Contaminación del Agua, el agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás propiedades del agua que fluye por el río. Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciéndose de nutrientes el resto de río hasta la desembocadura. A la hora de hacer el embalse se suelen anegar extensiones fértiles de terreno o pueblos enteros, trastocando la vegetación y fauna autóctona del lugar. c) Tipos de Turbinas o Ruedas Hidraúlicas Una turbina o rueda hidráulica es una turbomáquina motora, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador que transforma la energía mecánica en energía eléctrica. En cuánto a su modo de funcionamiento existen dos tipos de turbinas o ruedas hidráulicas: Turbinas de Acción: Estas turbinas aprovechan la velocidad del flujo de agua. Turbinas de Reacción: Estas otras turbinas aparte de aprovechar la velocidad del flujo de agua, aprovechan la pérdida de presión en el interior de la turbina. Las turbinas hidráulicas fueron evolucionaron con el paso de los años, como se muestra a continuación: Molino Griego: Este molino es de eje vertical como se muestra en la siguiente figura. Molino Griego de eje vertical 7

9 Ruedas Hidráulicas Horizontales: Suelen tener un rendimiento del 20%, las hay de varios tipos: Para corrientes de gran velocidad Para corrientes lentas de agua Turbina Francis: Se trata de una turbina de reacción de flujo interno que combina conceptos tanto de flujo radial como de flujo axial. Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los diez metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica mediante centrales hidroeléctricas. Antigua Turbina Francis Turbina Pelton: Es una de las más eficientes tipos de turbinas hidráulicas. Su funcionamiento es el siguiente, el inyector lanza directamente el chorro de agua contra la serie de paletas en forma de cuchara montadas alrededor del borde de una rueda. Cada paleta invierte el flujo de agua, disminuyendo su energía. El impulso resultante hace girar la turbina. Las paletas se montan por pares para mantener equilibradas las fuerzas en la rueda. La turbina Pelton es un tipo de turbina de impulso y es la más 8

10 eficiente en aplicaciones donde se cuenta con un gran desnivel de agua. Una turbina Pelton Turbina Kaplan: Las turbinas Kaplan son turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hélice de un barco. Se emplean en saltos de pequeña altura. Las amplias palas o alabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión liberada por una compuerta. Turbina Kaplan de una antigua central 9

11 4. Centrales Hidroeléctricas a) Definición de Central Hidroeléctrica Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. Todas las centrales transforman la energía potencial del agua acumulada en un embalse en energía eléctrica a través de un alternador. Grand Coulee, una de las centrales hidroeléctricas más grandes del mundo b) Tranformación de la Energía Potencial en Energía Eléctrica El proceso detallado de transformación de energía es el siguiente: la Energía Potencial que tiene el agua almacenada en un embalse a una altura determinada, se transforma en Energía Cinética al pasar por las tuberías hasta llegar a la turbina, donde la energía cinética se transforma en Energía Cinética de Rotación, que mediante un alternador se transforma en Energía Eléctrica. 10

12 c) Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías, controlados por válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. Las turbinas hidráulicas se emplean para aprovechar la energía del agua en movimiento. Para la formación de un salto de agua es preciso elevar el nivel superficial de ésta sobre el nivel normal de la corriente, atajando el agua con una presa para producir el salto total utilizable en la misma presa o contribuir a este salto, derivando a la vez las aguas por un canal de derivación de menor pendiente que el cauce del río. Las aguas del canal de derivación hay que conducirlas a las turbinas y, para ello, en los saltos menores de unos 12 m, el agua desemboca directamente en la cámara de turbinas y, en los saltos superiores a 12 m, termina en un ensanchamiento llamado cámara de presión desde donde parte la tubería a presión que en conducción forzada, lleva el agua a las turbinas. El agua sale a gran presión por la tobera e impulsa los alabes que hacen girar un eje y el generador. A la salida de las turbinas, el agua pasa a un canal de desagüe por el que desemboca nuevamente en el río. 11

13 d) Tipos de Embalses Los embalses o presas son unas barreras que atraviesan el cauce de un río de orilla a orilla, con lo que se bloquea el paso del agua. Las presas artificiales se construyen para almacenar agua, regular el caudal del río con el fin de evitar los desbordamientos e inundaciones, y generar electricidad. Distinguimos tres tipos fundamentales: Presa de Gravedad: Son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave. La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento. Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno. Debido a su peso las presas de gravedad de más de 20 m de altura se construyen sobre roca. La presa de Shasta, una presa de gravedad 12

14 Presa de Bóveda: El empuje de agua que soporta lo transmite a las laderas de la montaña. Es convexa de tal modo que cuánto mas empuja el agua, mas se la clavan los lados de la presa en la montaña. Al construirla de esta manera, se reduce el tamaño de la presa, y por lo tanto resulta más económica construirla pero es difícil encontrar emplazamientos donde se puedan construir. Una presa de bóveda Presa de Contrafuertes: Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. Estas presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar. Hay varios tipos de presa de contrafuertes: los más comunes son de planchas uniformes y de bóvedas múltiples. 13

15 La presa del lago Tahoe, una presa de contrafuertes e) Conductos del Agua Existen dos tipos de conductos fundamentales: Compuertas: Tienen como misión evacuar el agua que hay en el embalse sin que pase por la sala de máquinas (turbinas). Se utilizan cuándo es necesario soltar agua del embalse por razones de seguridad (lluvias excesivas). Compuertas Tuberías de Conducción: Transportan el agua desde el embalse a las turbinas, hay dos partes fundamentales: o o Toma de Agua, que se coloca a 1/3 de la altura de la presa con objeto de que los fangos, piedras y otros materiales que arrastra el agua queden depositados en el fondo y no vallan a las turbinas. Además tienen una rejilla que impide que se introduzcan en la tubería ramas, trocos, Chimenea de Equilibrio, que es un pequeño depósito, conectado a las tuberías de conducción, en el que hay agua acumulada, para evitar las variaciones de presión del agua, cuándo se regula el caudal a la salida. Tuberías de la central del Eume 14

16 f) Sala de Máquinas En la sala de máquinas nos encontramos con: Turbinas: Como ya explicamos anteriormente, las turbinas son elementos cuya función es transformar la energía cinética del agua en energía mecánica de rotación. Alternador: Es el dispositivo que transforma la energía cinética de rotación en energía eléctrica. En las turbinas Pelton, el alternador suele estar solidario al eje de la turbina, ya que la velocidad de giro de aquél se puede regular colocando más o menos chorros. Las turbinas Kaplan suelen girar muy rápidamente, razón por la que es necesario intercalar un reductor de velocidad entre turbina y alternador. Sala de máquinas de la antigua central del Eume g) Tranformadores Los transformadores se encargan de elevar la tensión de salida de los alternadores (que normalmente es de unos V) hasta y, que suele ser la tensión utilizada para transportar la corriente entre puntos distantes. Si la central está conectada a la red nacional (que es lo lógico), debe estar sincronizada al conjunto de la red para que su aportación se sume a la de otras. Transformador de la central del Eume 15

17 h) Potencia y Energía obtenida en una Central Hidroeléctrica La potencia teórica de una central hidroeléctrica depende fundamentalmente de dos parámetros: la altura del salto de agua y del caudal que incide sobre las turbinas. Existe una fórmula matemática para calcular la potencia de una central: P = d g h Q P = Potencia (W) d = Densidad del líquido h = Altura del salto de agua Q = Caudal de de agua La energía en cambio, es el producto de la potencia por el tiempo: E = P t = d g h Q t E = Energía (J) P = Potencia t = Tiempo d = Densidad del líquido h = Altura del salto de agua Q = Caudal de de agua Según la potencia que presten las centrales, las podemos clasificar en minicentrales (producen menos de 10 MW) y grandes centrales o centrales hidroeléctricas. En puntos posteriores explicaremos más detenidamente estos tipos de centrales. 16

18 5. Tipos de Centrales Hidroeléctricas Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son: La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio aguas abajo de la central, y del caudal máximo admisible por las turbinas, además de las características de la turbina y del generador. La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que es función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada. Como ya comentamos anteriormente, según la potencia que sea capaz de producir una central, distinguimos minicentrales y centrales hidroeléctricas. Una de las centrales hidroeléctricas más grande del mundo, tiene una potencia instalada de MW, sumando las 20 turbinas. a) Minicentrales Las minicentrales hidroeléctricas son aquellas que producen potencias menores a 10 MW. Estas centrales están situadas en corrientes de agua con desniveles de caída de 10 metros y se construyen intercalándolas en los cursos de los ríos o de los canales. Por razones de índole económica y ecológica el agua se utiliza en su curso natural, siendo embalsada mediante presas. Estas centrales hidroeléctricas pequeñas tienen la desventaja de proporcionar una corriente eléctrica fluctuante, puesto que las variaciones estacionales de las precipitaciones pueden hacer variar el flujo de agua, y por tanto la cantidad de agua disponible. Minicentral de Errotabarri 17

19 b) Centrales Hidroelécticas Las centrales hidroeléctricas son aquellas que producen potencias mayores a 10 MW. Se sitúan en cuencas de los ríos con grandes caudales. Distinguimos dos tipos de centrales: Centrales de bombeo puro. Estas centrales disponen de dos embalses. Durante las horas de máxima demanda de electricidad, funcionan como cualquier central, es decir el agua almacenada en el embalse pasa por las tuberías hasta llegar a las turbinas, haciéndolas girar y generando electricidad. Cuándo la demanda de energía es baja, se aprovecha la energía eléctrica sobrante de la red para bombear agua del embalse inferior al superior. Para poder obtener el agua del embalse superior hay que bombearlo previamente ya que por él no pasa ningún río. Centrales de bombeo mixtas. Estas pueden producir electricidad, con o sin bombeo previo, ya que el embalse superior es alimentado directamente por un río. Solo se bombea agua al embalse superior en el caso de que haya un excedente de energía eléctrica en la red y el embalse superior disponga de poco agua. 18

20 6. El Potencial Hidráulico Español España no se puede considerar como un país seco, lo que ocurre es que la distribución de estos recursos es muy desigual en cuanto al tiempo y al espacio. La desigualdad en el tiempo es consecuencia del carácter torrencial de sus ríos, con grandes fluctuaciones de sus caudales a lo largo de las diferentes épocas del año. La irregularidad en el espacio resulta bien patente: las cuencas del Norte producen más de la tercera parte de la aportación de los ríos en el 10% de la superficie del país, mientras que el 90% restante no presenta una situación tan favorable en cuanto a recursos hidráulicos y ya entra dentro de la categoría de región semiárida. En la actualidad, el consumo eléctrico total español es de unos GW h/año, por lo que puede afirmarse que más de un 25% del mismo es de origen hidroeléctrico. A este respecto conviene recordar que, con anterioridad a 1960, la producción hidroeléctrica anual suponía más del 80% de la producción eléctrica total. En la década de los años sesenta comenzó a descender dicho porcentaje, llegando en los años setenta a producirse por primera vez el hecho de que dicho porcentaje se mantuviese por debajo del 50%. Castilla León Navarra Cantabria Comunidad Valenciana Cataluña Galicia Madrid Extremadura Andalucía Castilla la Mancha País Vasco Canarias Aragón Asturias La Rioja Producción Hidroeléctrica Española por Comunidades Autónomas La importante disminución de la producción hidroeléctrica respecto de la total eléctrica, no se debió, ni se debe, al agotamiento de los recursos hidráulicos disponibles en España, sino a motivos económicos, ya que para las empresas eléctricas resultaban más rentables las centrales térmicas convencionales que las hidroeléctricas. Los recursos hidroeléctricos aún sin utilizar en España son 19

21 considerables, lo que no quiere decir que sea económicamente conveniente el desarrollo de la totalidad de este potencial energético. Evidentemente, como consecuencia de la intensa actividad en la política hidroeléctrica de años pasados, los mejores emplazamientos desde los puntos de vista técnico y económico ya han sido utilizados. El potencial aún instalable presenta, en general, una gran dispersión de pequeñas centrales que parece poco sugestiva. Respecto a las centrales de bombeo, en España se han venido utilizando desde 1929, tanto en forma de bombeo puro (dos embalses sin aporte exterior de agua) como las centrales mixtas con bombeo (con aportaciones fluviales). En resumen, los recursos hidroeléctricos aún sin utilizar, aunque considerables, no pueden resolver por sí solos el abastecimiento energético de España, pero pueden contribuir a reducir la importación de combustibles y especialmente a proporcionar la potencia necesaria para asegurar la cobertura de las variaciones de la demanda. 20

22 7. Impacto Ambiental de la Energía Hidroeléctrica En la primeras fases de desarrollo de las centrales, es decir, de su construcción y en su proceso de establecimiento, se comienza a intervenir los bosques y los causes haciendo vías de acceso mas apropiadas para el traslado de materiales, lo que significa habitualmente un numero significativo de tala arbórea, desvíos y modificaciones del curso del río, y en definitiva, un cambio brusco de todo el entorno natural. Las consecuencias de la construcción quedan a la vista, y no se necesita la ayuda de un experto para poder observar los grandes cambios que sufre y que sufrirá un río bajo un proyecto de explotación energética de este tipo. Es así como en principio nos encontramos con problemas de desplazamiento y migración de peces, producto de la creación de una barrera artificial el llamado efecto barrera en todo el cauce del río, que imposibilita el remonte de de los peces, lo que pueden producirse problemas en sus ciclos reproductivos, resultando en una clara disminución de la población de truchas. Dependiendo de las variadas especies presentes en la zona, la falta de conectividad puede acarrear diversidad de resultados, para aquellas especies de hábitos migratorias, la presencia de una barrera en su ruta migratoria representa un impacto grave, pudiendo llevar a la disminución de la población y su eventual extinción local. La Ley Nº de 1989, sus modificaciones, y la Ley General de Pesca y Acuicultura en su Artículo 168 señalan respecto de estos impactos que cuando se construyan represas en curso de agua fluviales que impidan la migración natural de los peces que en dichos cursos habitan con anterioridad a su construcción, será obligación de los propietarios de dichas obras civiles el efectuar un programa de siembra de dichas especies a objeto de mantener el nivel original de sus poblaciones, en ambos lados de la represa, o alternativamente construir las obras civiles que permitan dichas migraciones. Posteriormente se pueden observar otro tipo de consecuencias, como los constantes cambios en los niveles de las aguas después de los embalses, que en ocasiones termina manifestándose como un pequeño hilo de agua que intenta sobrevivir a los pequeños obstáculos naturales con el fin de llegar a su destino. A diferencia de la estructura típica del cauce de los ríos, al disminuir el caudal generalmente significa una aumento en la velocidad y profundidad de las aguas, que da paso a un ambiente pobre donde la mayoría de los peces no tolera tales condiciones por mucho tiempo, y donde se atenta directamente contra los tipos de vida como huevos (embrión separado del ambiente por una membrana), larvas (fase desde la eclosión del huevo hasta adquirir escamas) y futuros peces donde se hará difícil su supervivencia. Todos estos cambios producen que el río modifique totalmente su estructura, manifestándose principalmente en cambios sobre temperatura de las aguas, en los materiales que se arrastran por el curso, e incluso se comienzan a producir diferencias en la composición físico-química del agua. 21

23 Esquematizando un poco, podemos resumir lo dicho en los siguientes puntos: Suelo: Será necesario un acondicionamiento del suelo para las instalaciones de tuberías y demás obras civiles, resultando en pequeños movimientos de tierras que producirán erosión en el terreno. Importante es mencionar además la posible contaminación del suelo por el derrame de residuos producidos durante la construcción del embalse y las demás obras. Aire: El aire podría verse afectado por las emisiones de gases durante la fase de construcción, y por la emisión de material particular, producto de los motores de combustión de las unidades vehiculares. Debemos mencionar también la contaminación acústica que un proyecto así implica, producto del aumento en los niveles de intensidad de ruido por el paso de vehículos durante el proceso de construcción. Agua: Durante la preparación del terreno para la posterior instalación de las tuberías, se arrojan diversa clase de desperdicios, que modifican la calidad de las aguas. Además se puede observar una modificación parcial del caudal durante las estaciones lluviosas y corte total del caudal del río en ciertas circunstancias, produciendo cambios en la ecología fluvial; afectando la flora y fauna acuáticas (fitoplancton y zooplancton). El factor más importante es que variará su régimen normal de caudal. Otras importantes consecuencias de los cambios de caudales de un río, se producen sobre su flora y fauna, en donde podemos encontrarnos con árboles que se han secado producto de la falta de agua y la grave exposición de sus raíces al sol o de la pérdida de pequeños animales y seres vivos que dependen del cauce del río. Flora: Para la instalación de conductos y demás obras se procederá a movimientos de tierra y tala arbórea, donde se perturbará los campos vegetativos en la zona donde pasa el trazo del conducto, produciendo un impacto ambiental directo. Fauna: Se producirán cambios en el hábitat de los animales, cuyo resultado es tanto la muerte de muchos como la migración de otros a lugares más prósperos de desarrollo, con consecuencias directas para el río y su entorno. No podemos dejar de mencionar que también existe un cierto grado de contaminación en algunas de las centrales hidroeléctricas, producto de diversas sustancias propias para mantener el sistema de maquinarias. 22

24 8. Análisis de una Central Minihidraúlica Después de haber explicado el funcionamiento de una central o minicentral hidroeléctrica, vamos a analizar detenidamente el funcionamiento de una minicentral real, es este caso la central minihidraúlica de Piarrejas. Esta minicentral esta situada en el municipio de Viniegra de Abajo, cuenta con una potencia instalada de 1,18 MW. a) Localización El aprovechamiento de Piarrejas se encuentra ubicado en la comunidad autónoma de La Rioja, en la margen izquierda del río Najerilla, aprovechando el desnivel existente, creado por la presa de contraembalse de Mansilla. Una vez analizada la tabla de caudales clasificados registrados en la estación de Mansilla se determinó que el caudal de diseño más adecuado desde el punto de vista técnico y económico para el salto de Piarrejas es de 12m 3 /s. b) Presa de contraembalse El contraemblase de Mansilla tiene una capacidad total de 0,5 Hm 3 con una superficie inundada de 10 Ha. Su nivel máximo normal corresponde a la cota 854 m siendo su nivel máximo extraordinario de 856,8 m. Es de tipo gravedad con una altura máxima sobre cimiento de 18,8 m. La longitud de coronación es de 85 m y dispone de aliviadero de labio fijo con una capacidad de descarga a nivel máximo extraordinario de 720 m 3 /s. La entrega de caudales al río se realiza en virtud de la política definida por la Confederación Hidrográfica del Ebro y se controla mediante una válvula de chorro hueco ubicada a la cota 844,3 m. c) Tomas de agua y desagüe Embalse de la central de Piarrejas La toma de aguas de la central está situada a la izquierda (según el sentido de la corriente) de la caseta de la válvula de chorro hueco y para su construcción ha sido necesario perforar la presa en las proximidades del estribo izquierdo. El conducto está fabricado en acero al carbono, va en superficie, y tiene unas dimensiones de x mm, con un espesor de 23

25 10 mm. La toma está protegida por una estructura en forma de jaula equipada con tres rejas planas extraíbles. El caudal turbinado por el grupo se desagua a través del tubo de aspiración, que dispone de una ataguía de cierre a la salida, que permite realizar las operaciones de inspección y mantenimiento de la tubería forzada, tubo de aspiración, y facilita el acceso a la parte inferior de la turbina. d) Equipos Electromecánicos Turbina La turbina, de 1,2 MW de potencia nominal es de tipo Kaplan de doble regulación y eje vertical, dimensionada para turbinar un caudal de 12 m 3 /s para un salto neto de 11,6 m. El órgano de cierre de la máquina está constituido por el propio distribuidor y por la compuerta de toma situada a 30 m aproximadamente del eje de la turbina. Generador La central dispone de un generador síncrono, trifásico de eje vertical, con rotor de polos salientes y devanados del estator en estrella, con todos los terminales del lado línea y del lado neutro accesibles. Esta á diseñado para una potencia nominal aparente de kva. El sistema de excitación es de tipo rotativo sin escobillas. El alternador genera a una tensión de 660 V a una frecuencia de 50 Hz La conducción de la energía generada comprende todos los elementos destinados a transportar la energía desde el alternador hasta el transformador principal, y provee la alimentación necesaria para el sistema de servicios auxiliares de corriente alterna de la central, a través de un transformador que reduce la tensión a la de utilización de los servicios. 24

26 e) Conexión a la red eléctrica El transformador principal, ubicado en el centro de transformación, tiene una potencia de kva y una relación de transformación de 660 V/ 66 kv Está conectado a la línea aérea de 66 kv en el primer apoyo de la misma. La línea, de unos 100 m de longitud, conecta la central, desde el pórtico del parque transformado con la línea Logroño-Anguiano, propiedad de lberdrola. Transformadores de la central f) Sistema de control y protección La instalación está equipada con un sistema de control y protección que permite su operación de modo totalmente automático y controlado a distancia desde un puesto central de telecontrol. g) Edificio de la central El edificio de la central es de planta rectangular y alberga en su interior el grupo turbina-generador, las celdas de generación, cuadro de control y protecciones, equipo regulación, cuadro de servicios auxiliares demás equipos necesarios para el correcto funcionamiento de la instalación. 25

27 h) Modo de explotación de la central La central es capaz de aprovechar los caudales que se cedan al río según la política de explotación definida por la Confederación Hidrográfica del Ebro. La central funciona turbinando estrictamente los caudales definidos por la C.H.E.. En caso de parada obligada de la central se ha previsto la automatización de una válvula de chorro hueco que garantice el caudal ecológico del río. 26

28 9. Las Energías en el Futuro Hasta hace unos pocos años, el subministro eléctrico se basaba en la producción eléctrica en grandes centrales cuya energía debía distribuirse por tierra a lo largo de grandes distancias y a través de líneas de alta tensión. Con la difusión de las energías renovables la realidad ha cambiado drásticamente. La red eléctrica del futuro no se parecerá a la de hoy, la interacción de muchas energías renovables (energía fotovoltaica, bioenergía, energía eólica, energía hidroeléctrica y geotermia) asumirá paso a paso el cien por cien del subministro eléctrico. Debido al desarrollo extraordinariamente dinámico de las respectivas energías renovables y a sus ventajas específicas, es difícil predecir cuál de estas energías tendrá dentro de cincuenta años la mayor cuota de suministro global. Las centrales descentralizadas pueden dirigirse con precisión, ajustando las redes y consumidores conforme a ellas. Las aplicaciones se refinarán, mejorarán y abaratarán a medida que crezca el mercado. Otra de las grandes ventajas de las energías renovables es que cada año que pasa, éstas son claramente más económicas, mientras que las energías fósiles y atómicas se encarecen. Así se organizará la producción energética en el futuro Otras energías del futuro son la fusión fría, y la pila de hidrógeno, que son dos formas de obtener energía sin producir residuos contaminantes peligrosos. Poco a poco se irán substituyendo las energías contaminantes por las energías limpias, renovables. 27

29 > Autor Universidad de La Coruña Campus de Ferrol Escuela Universitaria Politécnica Ingeniería Técnica Industrial, en Electrónica Industrial Diego Cabaleiro Sabín V 20/05/