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Energía Hidráulica: Centrales Hidroeléctricas

Energía Hidráulica: Centrales Hidroeléctricas

Los proyectos correspondientes a las centrales hidroeléctricas y, más aún, las mini centrales hidroeléctricas, están condicionados por la geografía y las características que presente el lugar donde vayan a ser ubicadas.

Las centrales hidroeléctricas deben tener en cuenta su entorno a la hora de definir sus consideraciones técnicas: tipo de turbina, potencia o evacuación eléctrica sin olvidar el respeto medioambiental de la instalación, que será esencial para la consecución de los permisos necesarios.

Existen diferentes formas para clasificar la tipología de las centrales hidroeléctricas: por su potencia, su forma de obtener el salto, la morfología del curso del río, el desnivel y cau­dal existente, su régimen de explotación y su capacidad de embalse y regulación.

A continuación, se explican las centrales más representativas:

  • Centrales fluyentes. Utilizan un brazo del río que se conduce a través de un canal y una tubería forzada hasta la turbina, tras accionar la turbina y el generador el agua es devuelta al cauce del río. En este tipo de instalaciones, es esencial tener un gran caudal disponible todo el año y un salto desde la entrada al canal hasta la turbina.
  • Centrales a pie de presa. Se sitúan en la parte baja de los sistemas de almacena­miento de agua o en una cota inferior conducida por una tubería inferior. En el primer caso, se aprovecha la altura de la presa; en el segundo caso, la presión será la propia de la columna más la que provoca la tubería forzada.
  • Centrales en canal de riego o de abastecimiento. Esas centrales aprovechan in­fraestructuras realizadas para el suministro de poblaciones o el regadío. En esta clase de aprovechamientos hidráulicos, el funcionamiento de las centrales hi­droeléctricas está condicionado al trasvase de agua que se necesita para la función principal.
  • Centrales de bombeo o reversibles. Estas centrales pueden funcionar como una central convencional, generando energía (modo turbinación), o pueden elevar el agua a un embalse o depósito consumiendo energía eléctrica (modo bombeo).
  • Centrales de caudal ecológico. Se encuentran asociadas a otros aprovechamien­tos hidroeléctricos de mayores dimensiones. Usan el caudal ecológico que, por nor­mativa, deben soltar las centrales para generar energía eléctrica.

Central fluyente

En este tipo de instalaciones de central fluyente, se deriva una parte del cauce para conducirlo a través de canales hasta la admisión de la turbina. Después de transformar la energía hidráulica en mecánica, el caudal utilizado es devuelto al río.

En función de la geografía del emplazamiento, las centrales contarán con unos u otros equipamientos de los que se detallan a continuación:

  • Azud. Pequeño sistema de almacenamiento que sirve para regular parcialmente la conducción de agua hacia la central.
  • Toma. Elemento a través del cual se empieza a conducir el agua hacia la central.
  • Canal de derivación. Comienza en la toma y conduce el agua hasta el siguiente elemento. Estos canales suelen ser a cielo abierto.
  • Cámara de carga. Es una cámara anterior a la central que evita que el fluido tenga un régimen turbulento a su llegada a la turbina.
  • Tubería forzada. Es un conducto cerrado por el que va el agua hacia la entrada a la turbina.
  • Edificio central. Es donde se alojan los equipos mecánicos y electrónicos.
  • Canal de descarga. Conducto a través del cual se devuelve el agua al cauce natu­ral.
  • Subestación y línea eléctrica. Una vez generada la energía eléctrica a partir de la mecánica, se modifica en un transformador. Además del transformador, existen varios equipos auxiliares necesarios para el funcionamiento de la central.

Esta tipología de centrales tiene como característica común la dependencia de la hidrolo­gía; en este tipo de instalaciones, no se puede regular el caudal (ni el exceso ni el defecto). Por tanto, puede ocurrir que no haya caudal suficiente para que funcione la central o in­cluso que el agua anegue la instalación ante una crecida. En la figura se puede apreciar el esquema de una instalación de agua fluyente.

                                                               Esquema-de-una-instalación-hidroeléctrica
                                                                        Esquema de una instalación hidroeléctrica. Fuente: IDAE.

Central de pie de presa

Las centrales de pie de prensa son aquellas en las que existe la posibilidad de construir un embalse en el cauce del río para almacenar las aportaciones de este, además del agua procedente de las lluvias y del deshielo.

La característica principal de este tipo de instalaciones es que cuentan con la capacidad de regulación de los caudales de entrada a la turbina en los momentos que sean de mayor interés.

Esta capacidad de controlar el volumen de producción se amplía en general para propor­cionar energía durante las horas en las que el precio de mercado sea más alto, o poder realizar importantes labores de mantenimiento sin perder el recurso hídrico.

La toma de agua de la central está en la parte inferior de la presa, contiene el total de agua que puede ser utilizada en la turbina.

                                                       Esquema-central-a-pie-de-presa                    
                                                                                  Esquema central a pie de presa. Fuente: Unesa.

Según la capacidad de agua que tenga la zona útil, la regulación puede ser horaria, diaria o semanal. En el caso de las centrales minihidráulicas, el volumen de agua almacenada es reducido y, en algunos casos, no puede ser gestionado por la propiedad de la central.

En algunos casos es posible gestionar su funcionamiento permitiendo el almacenamien­to de agua en las horas nocturnas y su utilización en las horas diurnas. En el caso de que no sea posible la generación en determinadas horas, se debe optar por vender la energía eléctrica a tarifa. Con la elección de la venta de la energía a tarifa, se consigue que, a cual­quier hora, el precio de la energía a percibir sea constante. En caso de que la regulación del caudal la tenga la propiedad directamente, puede ser interesante el funcionamiento en determinadas horas (especialmente si el caudal es reducido).

Si el caudal disponible no esté sujeto a restricciones, el funcionamiento a precio fijo es más interesante. Además, hay que tener en cuenta el efecto que puede tener un continuo arranque en determinados elementos de la instalación.

Cuando la regulación sea semanal, funciona durante los días laborables y permite el lle­nado del embalse durante el fin de semana o viceversa.

Como hemos comentado, en este grupo de centrales situadas en embalses destinados a otros usos, como riegos o abastecimiento de agua en poblaciones, se depende del objetivo para el que fue creada la presa. En este tipo de instalaciones la confederación de la cuenca correspondiente decide, a petición de los afectados (y respetando siempre el abasteci­miento de poblaciones), si se abre el embalse o no.

Además, se liberará un caudal ecológico para garantizar la vida piscícola del río y su vege­tación de ribera; en algunas instalaciones, es viable la utilización de este caudal para ge­nerar energía, con lo que el condicionante de soltar agua para mantener las condiciones ecológicas del río se transforma en un aprovechamiento, como posteriormente veremos en detalle en las centrales de caudal ecológico.

Las empresas que tienen la concesión para la explotación de la central hidráulica, normal­mente tienen voz, pero no voto en la toma de estas decisiones. Por tanto, deberá acatar lo que la confederación decida, pudiendo exigir el paso del agua por la central. Las instala­ciones necesarias en este tipo de centrales, cuando la presa ya está construida, son:

  • Adaptación o construcción de las conducciones de la presa.
  • Toma de agua con compuerta y reja.
  • Tubería forzada hasta la central.
  • Edificio central y equipamiento electromecánico.
  • Subestación y línea eléctrica.

Central hidroeléctrica en canal de riego

En este tipo de instalaciones de central hidroeléctrica en canal de riego se identifican dos clases:

  • El aprovechamiento de un desnivel ya existente en el canal. La infraestructura ne­cesaria es una tubería forzada desdoblada del canal de riego, que comunique el agua hasta la admisión de la turbina. Una vez transformada la energía hidráulica en mecánica y, a su vez, en eléctrica, es devuelta al curso para ser utilizada en su función principal.
  • El aprovechamiento de un desnivel ya existente entre el canal y el cauce de un río cercano. Las conducciones que realizar se harían desde la toma del canal hasta la central (normalmente cercana al curso del río, donde es conducida tras atravesar la turbina).

Las obras por realizar en este tipo de explotaciones hidráulicas son:

  • Acceso de las conducciones hacia la central desde el canal.
  • Tubería forzada.
  • Edificio de la central.
  • Conducción de reincorporación de las aguas al cauce del río.
  • Subestación y línea eléctrica.

Centrales de bombeo

Estas centrales se encuentran entre dos embalses y tienen la capacidad de generar elec­tricidad turbinando el agua almacenada aguas arriba, como lo haría una central a pie de presa convencional, o elevar el agua desde el embalse inferior hasta embalse superior.

La característica principal de estas centrales es que su sistema de funcionamiento permi­te que, en tramos horarios donde se producen excedentes energéticos no gestionables, como puede ser el proveniente de los aerogeneradores durante las horas valle, se eleva el agua almacenando esa energía eléctrica en forma de energía potencial del agua. Este pro­ceso requiere mayor energía de la que es capaz de almacenar, pues posee un rendimiento aproximado del 70 %. Sin embargo, de este modo, se consigue evitar que la energía exce­dentaria producida se pierda por completo.

Esta gestión es posible debido al menor precio de la electricidad durante las horas valle, cuando se compra energía para elevar el agua, comparado con el precio en las horas pun­ta, cuando la central funciona como si fuera convencional, vendiendo la energía generada.

                                               central-hidroeléctrica-de-bombeo
                                                                               Esquema central de bombeo. Fuente: Unesa.

Las centrales de bombeo se pueden clasificar en:

  • Bombeo puro: el embalse superior es un gran depósito cuya única aportación de agua es la que se bombea del embalse inferior.
  • Bombeo mixto: el embalse superior tiene aportaciones naturales además de las generadas por el bombeo.

Centrales de caudal ecológico

Las centrales de caudal ecológico forman parte del plan de desarrollo de la minihidráulica en España y su función principal es evitar que la energía contenida en los caudales ecoló­gicos, que se requieren aguas abajo del embalse, se pierda.

El mantenimiento permanente de un caudal aguas abajo de las presas supone una res­tricción a la explotación. En ocasiones, estos caudales no pueden ser turbinados por las turbinas existentes, debido a que se trata de un caudal inferior al mínimo técnico o que la central, por su tipología en derivación, no se encuentra a pie de presa, por lo que debe darse por desagüe de fondo, perdiendo su energía potencial.

Para ello, se crea una pequeña instalación a la que se dirigen los desagües de fondo de la presa, por los que se vierte el caudal ecológico. La potencia de los grupos a instalar depen­derá de las dimensiones del embalse y el caudal exigido para mantener la vida piscícola y la vegetación de ribera aguas abajo.

                                                                          Central-de-caudal-ecológico
                                                                           Central de caudal ecológico Tambre III. Fuente: IDAE.

Esas centrales son un claro ejemplo de la tendencia actual de los aprovechamientos hi­dráulicos que buscan una gestión de las aguas cuyo impacto sobre el entorno sea mínimo y que el coste de la inversión sea reducido, consiguiendo aumentar el beneficio generado por las instalaciones existentes.

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