La energía hidroeléctrica es una fuente renovable que aprovecha la energía del agua para generar electricidad. Esta forma de generación se basa en la fuerza gravitatoria de las masas de agua, como ríos, lagos y embalses, para accionar turbinas y producir energía eléctrica.

La energía hidroeléctrica es una solución energética limpia y sostenible que se utiliza ampliamente en todo el mundo desde hace décadas. Desempeña un papel crucial en la producción energética mundial y ofrece numerosas ventajas, como bajas emisiones de gases de efecto invernadero, producción fiable de electricidad y capacidad de gestión del agua.

En la generación de energía hidroeléctrica intervienen varios componentes clave:

Presa y embalse: En una central hidroeléctrica clásica, se construye una presa para crear un embalse o zona de almacenamiento de agua. La presa ayuda a regular el flujo de agua y crea una diferencia de altura entre la superficie de aguas arriba y aguas abajo. Esta diferencia de altura es esencial para generar presión hidráulica y accionar las turbinas.

Toma: El agua del embalse se dirige hacia la estructura de toma, donde entra en las tuberías forzadas. Son conductos que llevan el agua del embalse directamente a las turbinas. La estructura de toma está diseñada para controlar el caudal de agua y mantener unas condiciones de funcionamiento óptimas para las turbinas.

Turbinas: El caudal de agua procedente de las tuberías forzadas se canaliza hacia los álabes de las turbinas, provocando su rotación. Las turbinas están conectadas a generadores, que convierten la energía mecánica de las turbinas en energía eléctrica. Existen varios tipos de turbinas utilizadas en las centrales hidroeléctricas, siendo las principales las turbinas Francis, Kaplan y Pelton. Cada una de ellas adaptada a diferentes condiciones de caudal y niveles de altura.

Generador: El generador es donde se produce la electricidad. Cuando las turbinas giran, los generadores convierten la energía mecánica en energía eléctrica mediante inducción electromagnética. Posteriormente, la electricidad generada se traslada a través de líneas eléctricas a los puntos de consumo.

Campo de aplicaciones y beneficios

Generación de electricidad:

Una de las principales aplicaciones de la energía hidroeléctrica es la generación de electricidad. Las centrales hidroeléctricas pueden variar en tamaño, desde instalaciones a pequeña escala hasta grandes presas que suministran energía a regiones enteras. La fiabilidad y flexibilidad de la energía hidroeléctrica la convierten en un componente esencial de la red energética, ya que proporciona una fuente estable de electricidad que puede ajustarse para satisfacer niveles de demanda variable.

Estabilidad de la red y almacenamiento de energía:

La energía hidroeléctrica desempeña un papel crucial en el mantenimiento de la estabilidad de la red y la integración de fuentes de energía renovables intermitentes como la solar y la eólica. Las centrales hidroeléctricas pueden responder rápidamente a las fluctuaciones de la oferta y la demanda de electricidad, ayudando a equilibrar la red y a garantizar un suministro fiable. Las centrales hidroeléctricas reversibles o de bombeo, almacenan energía bombeando agua a un embalse más alto durante las horas de menor coste (valle) y turbinándola para generar electricidad durante los picos de demanda. Desempeñan un papel clave en el almacenamiento de energía y la estabilidad de la red.

Gestión del agua:

Las presas y embalses hidroeléctricos desempeñan importantes funciones de gestión del agua, como el control de inundaciones (laminación de avenidas), riego y abastecimiento de agua. Al regular el caudal de los ríos, las centrales hidroeléctricas pueden contribuir a mitigar el riesgo de inundaciones en periodos de fuertes lluvias y garantizar un suministro constante de agua para la agricultura, industria y uso doméstico. En las regiones áridas, los embalses con finalidad hidroeléctrica pueden servir como depósitos de almacenamiento de agua que apoyan la conservación del agua y las prácticas de gestión sostenible.

Beneficios medioambientales:

La energía hidroeléctrica se considera una fuente de energía limpia y renovable que produce emisiones de gases de efecto invernadero mínimas en comparación con los combustibles fósiles. Además, las centrales hidroeléctricas tienen una larga vida útil y pueden funcionar durante décadas con un impacto medioambiental mínimo si se diseñan y gestionan adecuadamente.

Desarrollo económico:

Los proyectos de energía hidroeléctrica pueden estimular el desarrollo económico de las regiones donde se ubican. Estos proyectos crean oportunidades de empleo durante las fases de construcción y explotación, apoyan a las industrias locales y contribuyen al desarrollo de infraestructuras y servicios en las comunidades circundantes. Por otro lado, la electricidad fiable y asequible generada por las centrales hidroeléctricas puede atraer empresas e inversiones, impulsando aún más el crecimiento económico y la prosperidad de la zona.

Como conclusión, podemos decir que la energía hidroeléctrica es una solución versátil y sostenible con numerosas aplicaciones y ventajas. A medida que el mundo avanza hacia un futuro energético más sostenible, la energía hidroeléctrica seguirá desempeñando un papel cada vez más importante en satisfacer la demanda energética, la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y el fomento del desarrollo económico, garantizando al mismo tiempo un suministro energético fiable y limpio para las generaciones venideras.

CÁLCULOS

DEFINICIONES

Desde le punto de vista técnico, la producción que genera la turbina depende de la energía sobrante que le llega a la entrada de la misma y de la cota de salida al río.

La Energía que se genera es el producto de la potencia por el tiempo de generación.

Por otro lado, la Potencia depende del peso específico del agua, el caudal circulante y el denominado Salto Neto (Hn).

Definimos, por tanto, los siguientes términos:

• Potencial Bruto o Salto Bruto (Hb): Desnivel entre la cota máxima del tramo (1) y el punto de desagüe (2).

• Salto Útil (Hu): Salto entre las dos últimas superficies libre de agua. Esto es, la altura que define el sistema a presión y que se podrá aprovechar para generar energía.

 

• Salto Neto (Hn): El resultado de restar al salto bruto las pérdidas de carga, o energía, debidos al rozamiento con las paredes de las conducciones, para el caudal turbinado.

TIPOS DE SALTO

Salto a pie de presa

En este tipo de salto todo el sistema se encuentra a presión. El salto bruto corresponde con la distancia entre la lámina del embalse y el punto de desagüe al río. Para obtener el santo neto hay que restarle las pérdidas producidas a largo de la conducción de toma y resto de accesorios.

Salto con todas las conducciones a presión

Al igual que el caso anterior, el sistema se encuentra a presión desde el embalse hasta el punto de desagüe. Las pérdidas de carga corresponden a las producidas en la galería a presión y en la tubería forzada.

Salto en derivación

La potencia generada viene dada en vatios (W), según la fórmula:

\( P=\gamma \cdot Q \cdot H_{n} \cdot \eta_{t} \cdot \eta_{a} \)

Siendo:

\(P\): potencia producida por el caudal turbinado, en vatios (W)

\(\gamma\): peso específico del agua, en N/m³

\(Q\): caudal turbinado, en m³/s

\(H_{n}\): salto neto, en m

\(\eta_{t}\): rendimiento de la turbina

\(\eta_{a} \): rendimiento del alternador

La Energía producida viene dada en kilovatios por hora (kWh), según la fórmula:

\(E=P \cdot t \)

Siendo:

\(P\): potencia producida, en vatios (W)

\(t\): tiempo durante el que se ha generado la producción, en horas