CENTRALES HIDROELECTRICAS Las centrales hidroeléctricas son instalaciones que permiten aprovechar la energía potencial gravitatoria del agua que transportan los ríos en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a alternadores. E. MECÁNICA E. ELÉCTRICA EMBALSE TURBINAS GENERADOR RED ELÉCTRICA DE ALTA TENSIÓN Agua FUNCIONAMIENTO El agua cae desde la presa hasta unas turbinas que se encuentran en su base. Al recibir la fuerza del agua las turbinas comienzan a girar. Las turbinas están conectadas a unos generadores, que al girar, producen electricidad. La electricidad viaja desde los generadores hasta unos transformadores, donde se eleva la tensión para poder transportar la electricidad hasta los centros de consumo. La energía mecánica del agua (cinética o potencial) se transforma en energía mecánica de rotación mediante la turbina hidráulica. La energía mecánica de rotación se emplea para accionar un generador eléctrico y obtener energía eléctrica Las principales partes de una central de este tipo son : - Presa: Se encarga de mantener el agua en un lugar alto para garantizar que tenga fuerza suficiente el agua como para mover las turbinas. - Turbinas: Se encargan de hacer girar el generador cuando reciben la fuerza del agua. - Generador: Es el encargado de producir la electricidad. Gira solidariamente con la turbina. - Tubería forzada: Son las tuberías que llevan el agua desde la presa hasta las turbinas. - Transformadores: Se encargan de transformar la energía eléctrica a alta tensión para transportarla a través de la Red Eléctrica de Alta tensión. Carmen Rodríguez Montero Departamento de Tecnología Página 1
TIPOS DE CENTRALES HIDROELECTRICAS. Las podemos clasificar en función de: Según su concepción arquitectónica Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta, y conectadas por medio de una tubería en presión. Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías en presión, o por la combinación de ambas. Según su régimen de flujo Centrales de agua fluyente. También denominadas centrales de filo de agua o de pasada, utilizan parte del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan en forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento, limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del río es baja. Centrales de embalse. Es el tipo más frecuente de gran central hidroeléctrica en España. Utilizan un embalse para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es posible generar energía durante todo el año si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversión mayor. Centrales de bombeo o reversibles Una central hidroeléctrica reversible es una central hidroeléctrica que además de poder transformar la energía potencial del agua en electricidad, tiene la capacidad de hacerlo a la inversa, es decir, aumentar la energía potencial del agua (por ejemplo subiéndola a un embalse) consumiendo para ello energía eléctrica. De esta manera puede utilizarse como un método de almacenamiento de energía (una especie de batería gigante). Están concebidas para satisfacer la demanda energética en horas pico y almacenar energía en horas valle. Aunque lo habitual es que esta centrales turbinen/bombeen el agua entre dos embalse a distinta altura, existe un caso particular llamado centrales de bombeo puro donde el embalse superior se sustituye por un gran depósito cuya única aportación de agua es la que se bombea del embalse inferior. Carmen Rodríguez Montero Departamento de Tecnología Página 2
Según su altura de caída del agua Centrales de alta presión Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de caída del agua, por lo que solía corresponder con centrales con turbinas Pelton. Centrales de media presión Son las centrales con caída del agua de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis, aunque también se puedan usar Kaplan. Centrales de baja presión Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m, siendo usadas las turbinas Kaplan. Según la potencia instalada: -Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW -Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW. -Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia. TIPOS DE TURBINAS 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. Carmen Rodríguez Montero Departamento de Tecnología Página 3
Turbina 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. Pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical pero, en general, la disposición más habitual es la de eje vertical. Turbina Kaplan. 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. Carmen Rodríguez Montero Departamento de Tecnología Página 4
VENTAJAS CENTRALES HIDROELECTRICAS Sin emisiones atmosféricas ni residuos Muy fácil regulación. Costes de operación y mantenimiento bajos. Larga vida útil de las centrales. No dependencia energética del exterior Fuente de energía autóctona y renovable. (almacenable) Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío, como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas Pueden ser utilizados como parques de recreo DESVENTAJAS Gran impacto visual Modificación del ecosistema en la zona inundada por la presa y de los deltas. Lejanía de los puntos de producción y consumo por lo que se necesitan largas líneas de transporte. Dependiente del régimen fluvial. Rotura presa: gran catástrofe. Requieren grandes inversiones iniciales CENTRAL HIDROELECTRICA DE BOMBEO E. MECÁNICA E. ELÉCTRICA EMBALSE SUPERIOR TURBINAS GENERADOR RED ELÉCTRICA DE ALTA TENSIÓN Agua EMBALSE INFERIOR Una central hidroeléctrica de bombeo, o reversible, es un tipo especial de central hidroeléctrica que posee dos embalses. El agua contenida en el embalse situado en la cota más baja- embalse inferior- puede ser elevada, durante las horas valle, mediante bombas al depósito situado en la cota más alta embalse superior-, con el fin de reutilizarla posteriormente para la producción de energía eléctrica. Este tipo de centrales produce energía eléctrica durante las horas punta de consumo- las de mayor demanda de electricidad- mediante la acción que ejerce un salto de agua sobre los álabes de una turbina asociada a un alternador, es decir funcionando como una central hidroeléctrica convencional. Después durante las horas valle, las de menor demanda, se bombea el agua que ha quedado almacenada en el embalse inferior al embalse superior, bien mediante una bomba o bien mediante la misma turbina si es reversible, de manera que pueda volver a ser utilizada de nuevo. Carmen Rodríguez Montero Departamento de Tecnología Página 5
A pesar de que las pérdidas energéticas en un ciclo bombeo-turbina son del orden del 30%, en términos económicos, esas pérdidas son menores que la relación de costes de generación entre las horas punta y valle. MINICENTRALES HIDROELECTRICAS Se denomina minicentral hidroeléctrica a las centrales hidroeléctricas de menos de 10 Mw y se tratan aparte porque tienen un ordenamiento administrativo y económico distinto a las centrales hidroeléctricas clásicas de mayor potencia. En los primeros años de desarrollo del sector eléctrico español, estas centrales tuvieron un gran auge e incluso fueron la base de buena parte de la electrificación de las zonas rurales. Con el tiempo, sin embargo, la tendencia del desarrollo hidroeléctrico se centró en las instalaciones de gran potencia y un gran número de ellas fueron abandonadas. Actualmente, tanto en los países de la UE como el resto de los países desarrollados se ha generado un renovado interés por este tipo de instalaciones debidoa: - El objetivo de disminuir la dependencia energética aconseja la mayor utilización posible de los recursos energéticos nacionales - Los objetivos de preservación del medio ambiente y de eficiencia energética impulsan la utilización de las llamadas nuevas fuentes energéticas renovables entre las cuales se encuentra el aprovechamiento hidroeléctrico por minicentrales. Carmen Rodríguez Montero Departamento de Tecnología Página 6