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El aprovechamiento hidroeléctrico parte de una premisa: la existencia de una masa de agua con energía hidráulica asociada, ya sea cinética, relacionada con su velocidad, o potencial gravitatorio, relacionada con una altura. El aprovechamiento se podrá llevar a cabo si se encuentra una disposición en la que esta energía esté disponible para su aprovechamiento. Las centrales hidroeléctricas categorizadas por su disposición son previamente planificadas, brindando así cobertura a las necesidades de unn sector.
Se podrá encontrar infinidad de soluciones técnicas que logren el objetivo final: la transformación de la energía hidráulica disponible en energía eléctrica. Incluso se verá casos en los que la energía hidráulica es un paso intermedio entre otra forma de aprovechamiento energético inicial y la energía eléctrica resultante. En todo caso, se debe partir de unos diseños técnicos básicos que sirvan de referencia para clasificar y definir una determinada central hidroeléctrica. En el presente tema se desarrollan los principales tipos de central hidroeléctrica que ayuden a describirlas desde un punto de vista técnico.
Clasificación técnica de las centrales hidroeléctricas por su disposición
A lo largo del presente artículo se han expuesto los elementos principales que se identifican en una central hidroeléctrica. Algunos de ellos son:
- Captación o almacén de agua: punto de referencia para el aprovechamiento de la energía potencial del agua.
- Conducción y regulación: del paso de agua hasta la instalación de transformación de energía hidráulica a energía eléctrica.
- Instalación para el aprovechamiento hidráulico: la turbina hidráulica.
- Equipamiento de transformación eléctrica: generador eléctrico y transformador eléctrico.
- Equipamiento de transporte eléctrico: desde la central y hacia los puntos de consumo.
- Otro: equipamiento y obra civil complementaria.
Pues bien, pese a que se trate de organizar y clasificar técnicamente los elementos de una central hidroeléctrica, cada una de las centrales que se visite, estudie o diseñe y proyecte tendrá unas características específicas. Cada diseño parte de unas condiciones determinadas que repercutirá en la configuración definitiva. No obstante, se parte de dos grandes grupos, que ayudan a definir las distintas tipologías:
- Centrales de embalse.
- Centrales de agua fluyente.
Se puede encontrar disposiciones a caballo entre unas y otras. Estas que combinen distintos aspectos con el denominador común de partir de cierta energía hidráulica disponible que transformar en energía eléctrica.
Central hidroeléctrica de embalse
Las centrales hidroeléctricas de embalse cuentan con un gran almacén de agua situada a cierta cota sobre el equipo de turbinado. Por tanto con un nivel de energía potencial gravitatoria. La ventaja principal de las centrales que dependen de un embalse es la capacidad de regulación de los momentos en que hacer trascurrir el agua por la central. Es decir, se puede decidir el momento en que se hará uso de la energía hidráulica, almacenada en forma de energía potencial gravitatoria. Esto para transformarla en energía eléctrica que utilizar en un punto de consumo o que inyectar a una red de trasporte eléctrica.
Se puede adecuar la producción de energía eléctrica a momentos de mayor demanda o de mayor beneficio económico para la producción energética. Este tipo de centrales están por tanto asociadas a presas o embalses que cumplen otros propósitos además del almacén de agua para la producción eléctrica. Mismos como el abastecimiento de agua potable o a regadío o la regulación de cauces y control del riesgo de inundaciones.
Las centrales de mayor potencia, dada su envergadura, están asociadas a grandes saltos hidráulicos. Mismos en los que se debe asegurar una adecuada disponibilidad y regulación de suficiente caudal de agua para turbinado. Es habitual que el equipamiento hidráulico y eléctrico se encuentre ubicado de forma inmediatamente aneja a la salida de la presa; a lo que se denomina central a pie de presa.
El volumen de agua situado por encima de la cota de la toma de agua de la tubería forzada se denomina volumen útil. Por debajo queda un volumen de agua no disponible para turbinado. A mayor volumen útil para turbinado, mayor será la capacidad para regular los momentos de turbinado y producción energética.
Central hidroeléctrica de agua fluyente
Las centrales de agua fluyente no disponen de un embalse de almacén y regulación del volumen de agua disponible para ser turbinada. El recurso agua será utilizada a medida que fluye por el cauce o canal, sin que exista posibilidad de regulación de funcionamiento. Esto como sí ocurría en las centrales de embalse, cuestión a la que se asociaba una de las grandes ventajas de este tipo de aprovechamiento energético.
Sin embargo, se logran otras significativas ventajas ambientales en este tipo de disposiciones. Los grandes embalses conllevan importantes cambios e impactos en la zona en la que se implantan, modificando definitivamente la dinámica del cauce, la evolución de sus procesos de sedimentación, el hábitat de la fauna fluvial o incluso el microclima local.
Las centrales de agua fluyente se adaptan a la realidad de su lugar de implantación, por lo que el impacto ambiental producido es de mucha menor envergadura. Una vez transformada la energía hidráulica disponible en energía eléctrica, el agua, aguas abajo, será devuelta al cauce. En el caso de un río, esta desviación de un caudal de agua se hace atendiendo a la necesidad de mantenimiento de un determinado caudal ecológico que asegure el buen estado del ecosistema del río en cuestión.
Puesto que su potencia está condicionada al caudal y altura disponible, sin posibilidad de ser modificado por una gran estructura de almacén de agua, este tipo de centrales queda asociada a Centrales Minihidráulicas. En cuanto a los elementos necesarios, en estas centrales generalmente se dispone un azud sobre el cauce, ya sea un río o un canal. Esto consiste en un muro transversal que provoca la elevación del nivel de la lámina de agua y con ello facilita la disponibilidad para el turbinado del agua, mediante diversa obra civil complementaria.
Central hidroeléctrica de bombeo o reversible
Como se viene reseñando, la concreción de cada central hidroeléctrica puede arrojar diseños distintos, a partir de las estructuras que se viene estudiando. Un tipo de central hidroeléctrica específico y de importancia son las centrales hidroeléctricas de bombeo o reversibles, diseñadas a partir de una central hidroeléctrica de embalse. Estas centrales, además de la necesaria capacidad de turbinado, disponen de equipos de bombeo capaces de volver a elevar el agua turbinada hasta el embalse situado aguas arriba.
A la infraestructura necesaria para la ejecución de una central hidroeléctrica de embalse se debe añadir una balsa, presa o elemento de retención situado bajo agua de la instalación con capacidad de abastecimiento al bombeo, así como las conducciones y equipos electromecánicos capaces de reconducir el agua hasta el embalse situado aguas arriba.
Esta disposición resulta la más eficiente y habitual en grandes instalaciones. No obstante, existen casos en los que se utilizan turbinas reversibles: máquina hidráulica que puede funcionar como turbina o como bomba, acoplada a una máquina eléctrica síncrona. En los momentos de turbinado la máquina síncrona funciona como alternador o generador eléctrico, mientras que en los momentos de bombeo la máquina funciona como motor.
Este tipo de instalaciones tienen coeficientes de rendimiento menores, pero presentan la ventaja de disminuir en mucho el equipamiento, conducciones y obra civil necesaria. Las centrales hidroeléctricas reversibles presentan el enorme valor añadido de tener capacidad, ya no solo de regulación de los momentos de utilización de la energía hidráulica disponible, sino también de almacenamiento y regulación de otras fuentes de energía.
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