Centrales Hidroeléctricas: Tipos, Funcionamiento y Características

La energía potencial del agua

La energía potencial del agua se ha venido utilizando desde hace mucho tiempo. Hoy en día, la utilizamos para producir energía eléctrica. Algunas de sus características son las siguientes:

• Energía renovable: pero su régimen es irregular, es un caudal que nos llega de forma irregular. Si no podemos almacenar el agua en el momento que llega, la perdemos.
• Acumulable: a diferencia del resto de energías renovables, podemos almacenar el agua y tener energía hidráulica acumulada, pudiendo tener regulación. La energía que tenemos regulada podemos utilizarla cuando queramos.
• Flexible: para accionar una turbina, el funcionamiento es inmediato, por lo que nos conviene para cubrir una punta de demanda.

La tipología de las centrales se basa en si el agua es acumulable en ellas o no:

• Fluyentes: son aquellas que no tienen regulación. Turbinamos el caudal que venga por el río o la capacidad del canal.
• Con regulación: asociadas a presas en las que se regulan los caudales.
• Reversibles: tenemos dos depósitos a distinta altura, y entre medias unos grupos que pueden funcionar como bomba o como turbina. Cuando el precio de la electricidad es caro, turbinamos, y bombeamos cuando este es barato. Son buenas porque nos permiten acumular energía que no viene del ciclo hidrológico, elevando el agua.

En el mercado eléctrico, la distribución de la demanda a lo largo de un día y su orden de magnitud es la siguiente (varía entre invierno y verano):

Figura 4.1: Variación estacional de la potencia consumida.

También cambia la estructura en función de si es un día entre semana o fin de semana. Por otro lado, la procedencia de la energía determina la parte del diagrama de gasto:

Figura 4.2: Cuadro de la posición en la curva de gasto en función de la procedencia de la energía.

En función de la situación de la central:

• A pie de presa.
• En derivación.

Clasificación de las centrales: Fluyentes

Se caracterizan por que no hay regulación. Se turbina el Q proveniente del río o del canal. En general, son más bien pequeñas. Tienen una capacidad de hasta 50 MW.

Hay dos tipos:

• En derivación: típicas de saltos de montaña. Están en las zonas montañosas con poco caudal y mucho desnivel (salto grande). La cuenca vertiente es relativamente pequeña.

Figura 4.3: Croquis de una central en derivación.

Sus limitaciones son que siempre hay que dejar unos caudales mínimos para que pueda turbinar, y los azudes tienen que tener una escala de peces.

Figura 4.4: Esquema de la toma en planta. Figura 4.5: Esquema de la toma en perfil.

El desarenado es relevante, porque los ríos tienen capacidad de arrastre de partículas sólidas, que son muy erosivas. La erosión depende de la cantidad y naturaleza de las partículas. Si no hacemos nada, los sedimentos nos erosionan y deterioran las palas de las turbinas.

Figura 4.6: Tamaños de partículas que provocan problemas.

Lo más común es un desarenador de flujo continuo. Son efectivos con partículas de hasta 0,2 mm. Para tamaños más pequeños, hace falta un desarenador discontinuo, en el que se pueden almacenar las partículas.

• Cámara de carga: Es el final del ramal. Tiene dos funciones:
  • Garantizar que el agua que pasa tenga una cierta altura para adecuar el paso de lámina libre a régimen en presión.
  • Tiene que tener un volumen de almacenamiento para adecuar caudales del canal y la tubería, para cuando se hace el arranque y la parada.

Figura 4.7: Esquema de la cámara de carga.