Introducción

La energía hidráulica es aquella que se obtiene del aprovechamiento de la energía cinética de una corriente de agua. Esta corriente puede ser natural, si se trata de un río o arrollo, o inducida, si se trata de una presa.
Se considera una fuente de energía renovable debido por un lado a que tras haber utilizado el agua para obtener energía, ésta es devuelta a su ciclo natural, en el que fluye por ríos y afluentes hasta desembocar en mares o lagos donde se evapora para volver a zonas altas, y por otro a la atracción gravitatoria de la Luna, que genera las mareas y propicia la energía mareomotriz, de la que hablaremos más adelante.
  1. Tipos de energía hidráulica
  2. Cómo se obtiene la energía
  3. Ventajas e inconvenientes
    1. Ventajas.
    2. Inconvenientes.
  4. Impacto ambiental
  5. Datos de interés
    1. Principales países productores
    2. Videos
    3. Proyectos
  6. Referencias

1.Tipos de energía hidráulica

Existen varias formas de aprovechar la energía potencial del agua, por ello es necesario distinguir varios tipos de energía hidráulica:
Por un lado encontramos las centrales de pasada, que son aquellas que aprovechan directamente el caudal de un río. Éstas pueden producir energía mecánica, como en antiguos molinos de agua o energía eléctrica. Este segundo tipo un caudal suficiente y estable para así evitar fluctuaciones en la corriente, por ello es muy limitada, ya que depende mucho del clima de la zona en que se sitúe. Este tipo de energía está cobrando importancia en Chile, con centrales como la de Antuco, que produce 320 MW.
Las centrales hidroeléctricas, dedicadas a la producción de energía eléctrica, pueden ser de varios tipos:
  • Centrales de embalse: son las más comunes. En ellas se utiliza un embalse o se crea uno mediante la construcción de un dique y se genera un desnivel que produce el flujo de agua que posteriormente produce energía eléctrica. Estas centrales son muy productivas en zonas húmedas ya que permiten tener reservas todo el año para usos tanto energéticos como de abastecimiento.
  • Centrales de regulación: son similares a las anteriores, pero almacenan agua a partir del fujo de un río. No son especialmente productivas.
  • Centrales de bombeo o reversibles: estas centrales se abastecen a sí mismas, ya que utilizan un sistema compuesto de dos embalses en el que el agua fluye de uno a otro produciendo energía y posteriormente se bombea de nuevo al embalse superior para comenzar de nuevo el ciclo. Al caer el agua, se genera energía suficiente como para abastecer de energía en los momentos "pico" (de mayor necesidad energética) y como para bombear de nuevo el agua al nivel superior en los momentos de menor consumo energético.

central_hidroelectrica.jpg
esquema-central-hidroelectrica-bombeo.jpg















Otro tipo de centrales hidroeléctricas son la mareomotriz, en la que se aprovecha la marea alta para acumular un gran volumen de agua y posteriormente liberarla en marea baja produciendo así un flujo de agua con el que poder generar energía; la mareomotriz sumergida, que al igual que hace la energía eólica, busca producir energía mediate el movimiento producido por las corrientes submarinas sobre una serie de turbinas; y las centrales que aprovechan el movimiento de las olas.

2. Cómo se obtiene la energía

generador.gifTodas las centrales hidroeléctricas, a excepción de las mareomotrices sumergidas y las que aprovechan el movimiento de las olas, obtienen energía siguiendo un mismo principio pero con ligeras variantes para adaptarse al tipo de central hidroeléctrica.
En general, el proceso es el siguiente:
El dique de la presa causa un desnivel en el curso del agua, provocando una gran diferencia de presión. Por ello, en primer lugar se abre la compuerta de salida, permitiendo la entrada de agua desde el nivel inferior. Posteriormente se abre la compuerta de entrada o de servicio, conectando así ambos niveles pero sin permitir que haya movimiento de agua ya que las paletas móviles de la turbina continúan cerradas. Una vez abiertas, se genera una fuerte corriente de agua que hace girar la turbina y ésta a su vez hace girar un generador. La potencia del generador depende de la diferencia de altura entre ambos niveles y del caudal de agua que haga mover la turbina siguiendo la siguiente expresión:

external image 57e1fe9048f3de03d20a4f0b73e43053.png

Donde:
  • ρ es la densidad del fluido en kg/m³
  • ηt es el rendimiento de la turbina
  • ηg es el rendimiento del generador
  • ηm es el rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador
  • Q es el caudal que pasa por la turbina en m3/s
  • H es la diferencia de altura entre ambos niveles en m


Tras finalizar el proceso, el agua termina su recorrido saliendo al nivel inferior a través de la compuerta de salida. El siguiente enlace muestra de una forma más visual el proceso: Proceso de una central hidráulica

3. Ventajas e inconvenientes

  1. Ventajas
    1. Su disponibilidad es inagotable ya que depende del ciclo del agua.
    2. Es una energía totalmente limpia, no produce ningún tipo de residuo del carácter gaseoso.
    3. Es una energía barata, sus costes de operación son bajos.
    4. No hay que emplear sistemas de refrigeración o calderas, que consumen energía y, en muchos casos, contaminan, por lo que es más rentable en este aspecto.
    5. Los embalses se pueden aprovechar para regadío.
    6. Se pueden aprovechar los embalses para la realización de actividades de recreo.
  2. Desventajas.

    1. Impacto ambiental en los ecosistemas (los salmones y otras especies que tienen que remontar los ríos para desovar se encuentran con murallas que no pueden traspasar).
    2. El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás propiedades del agua que fluye por el río.
    3. Se necesitan grandes inversiones para la investigación del sitio idóneo para la construcción de la central, y para la construcción de la misma.
    4. Las precipitaciones son imprevisibles.
    5. Riesgos a la posible ruptura de las presas.

4. Impacto ambiental

Las centrales hidroeléctricas, o zonas en las que se realiza el aprovechamiento del agua para su conversión a electricidad no son en su totalidad favorables para el medio ambiente.
  • Durante su construcción alteran el ciclo normal del medio ambiente, reduciendo la biodiversidad. Ejemplo de ello es la tala de arboles para mayor facilidad y trasaldo de materiales y paso de vehículos ; disminución de la población de la población acuática como consecuencia de que su ciclo de vida es alterado
  • El pantano altera gravemente el ecosistema fluvial. Se destruyen hábitats, se modifica el caudal del río y cambian las características del agua como su temperatura, grado de oxigenación o su caudal ecológico.
  • También los pantanos producen un importante impacto paisajístico y humano, porque con frecuencia su construcción exige trasladar a pueblos enteros y sepultar bajo las aguas tierras de cultivo, bosques y otras zonas silvestres.
  • La navegación fluvial se ve alterada, disminuye el caudal de los ríos, modifica el nivel de las capas freáticas.
  • También supone la modificación del agua embalsada, y el microclima. Tenemos que tener en cuenta que los pantanos tienen una vida media de unos 50 a 200 años como consecuencia de que dejan de ser utilizados debido a los sedimentos que el rio arrastra poco a poco.
Sin embargo no todo son efectos negativos los ocasionados por este tipo de energía :
Por ejemplo, han sido muy útiles para algunas aves acuáticas que han sustituido los humedales costeros que usaban para alimentarse o criar, muchos de los cuales han desaparecido, por estos nuevos hábitats. Algunas de estas aves han variado incluso sus hábitos migratorios, buscando nuevas rutas de paso por la Península a través de determinados pantanos.

5. Datos de interés

5.1 - Principales países productores:

  • Hoy en día la energía hidráulica es la primera de la energías renovables en la producción de electricidad .Podemos observar como esta energía tras los combustibles fósiles ( petroleo , gas y carbón) y la energía nuclear es la tercera fuente de energía primaria :

tabla.jpg

  • Los principales países productores son Canadá , Brasil , EEUU y China.
  • En la actualidad las centrales eléctricas de mayor tamaño del mundo se encuentran en Itaipú (Brasil) y Gran Coulee (EEUU); otras grandes presas se encuentran en Syansk, Krasnoyarsk, Bratsk, Sukhovo (todas ellas en Rusia) y Churchill (Canadá). Actualmente la más grande del mundo está en China, es la Presa de las Tres Gargantas, que para su construcción tuvieron que a más de un millón de personas de sus domicilios e inundar miles de hectáreas.
  • España, tiene un elevado potencial hidroeléctrico, desarrollado a lo largo de más de un siglo. Como consecuencia, en la actualidad, contamos con un importante y consolidado sistema de generación hidroeléctrica altamente eficiente.
  • En la actualidad, dicha energía se presenta como una de las energías mas destacadas y mas punteras debido al aprovechamiento de la geografía, así como por la existencia de un gran numero de presas.En suma , la capacidad total de los embalses españoles es de 55.000 hm3, de los cuales el 40% de esa capacidad corresponde a embalses hidroeléctricos, una de las proporciones más altas de Europa y del mundo.
  • Aunque la evolución de dicha energía en España ha sido siempre de tendencia creciente en los últimos años ha subido un bajón su aportación como fuente productora de electricidad en beneficio de otra energías como la eólica entre otras.
  • Mas concretamente a nivel de comunidades dentro de España destacamos que Cataluña, Galicia y Castilla y León son las comunidades autónomas que cuentan con la mayor potencia instalada en el sector hidroeléctrico, por ser las zonas con mayores recursos hidroeléctricos dentro de España.

5.2-Principales centrales hidroeléctricas:

  • Presa de las Tres Gargantas:

La Presa de las Tres Gargantas está situada en el curso del río Yangtsé en China. La construcción de la presa comenzó en el año 1994, en el año 2003 se empezó a trabajar con los primeros grupos de generadores y en el año 2004 se empezó a instalar 20000 grupos por año. Se terminó en el año 2010.
La presa puede almacenar 39.300 millones de m3 y contará con 32 turbinas de 700 MW, 14 en el lado norte, 12 en el sur y 6 más subterráneas con una potencia de 24.000 MW.

En los planes iniciales esta sola presa se calculo que podía proveer el 10% de la demanda de energía eléctrica, pero la demanda ha subido y solo podría proveer el 3% si estuviese a pleno rendimiento.
La presa mide 2309 metros e longitud y 185 de altura, ostentando el título de mayor represa de generación de energía más grande del mundo, generando energía, mediante 26 turbinas; y otras 8 en construcción, con una capacidad total de 18.200 MW pero que llego a 22.500 MW tras una ampliación en 2011.
La construcción de esta presa genero controversias debido a que por culpa de las inundaciones, se perdió grandes cantidades de reliquias, como obras de la dinastía Ming y Quing. Por ellos en 1995 se inición una carrera contrarreloj con el fin de rescatar la mayor parte de estos elementos.
También hubo perdidas ambientales devastadoras, como por ejemplo, la reciente extinción del Baiji, una especie endémica del río Yangtzé.
Dicen, algunos crítico, que el río llevará al embalse 53.000 millones de toneladas de desechos, que podrían acumularse, tapando las entradas de las turbinas, disminuyendo la capacidad de producción y recortando la vida útil, un problema característico de los embalses.
  • Represa de Itaipú:

La Represa de Itaipú, es una binacional entre Brasil y Paraguay, en su frontera sobre el río Paraná. Es la segunda central Hidroeléctrica más grande del mundo. El lago artificial de la represa contiene 29.000 hm3 y un área aproximada de 1.400 Km2.
Esta represa tuvo un coste e 15.000 millones de euros y posee una potencia de generación de 14000 MW, con 20 turbinas generadoras 700 MW y obtuvo su récord de producción con 94.685 GW (suficiente para abastecer durante dos días a toda la población mundial), generando el 19% de la energía generada en Brasil.
La energía generada destinada es distribuida a Basil por la empresa Furnas Centrales Eléctricas S.A, y a Paraguay la Administración Nacional de electricidad.
Las empresas encargadas de realizar el proyecto fueron IECO y ELC de EEUU e Italia respectivamente. La obra comenzó en 1971 y en 1974 fue creada la entidad binacional Itaipú para la administración de la construcción de la Represa. El inició efectivo ocurrió al año siguiente.
En 1984, entró en funcionamiento la primera turbina, y se prosiguió con la instalación de dos o tres por año.
En 2007 se amplió la capacidad de 12.600 MW a 14.000 MW, completando el proyecto original de 20 turbinas.
Actualmente produce unos 90 millones MWh por año, aunque aumento si las condiciones del río son favorables, incrementándose a 94,7 millones MWh
La represa de 7919 m, esta hecha principalmente de roca y piedra y existen 20 unidades generadoras, estando 10 en frecuencia eléctrica paraguaya y diez en la brasileña, 50 Hz y 60 Hz. Las de 50 tienen una potencia nominal de 823,6 MVA, y las de 60 un potencia de 737 MVA.
La Represa de Itaipú formo parte de una lista de 7 maravillas del mundo moderno, aunque esta represa obligo a emigrar a mucha gente y afectando a miles de familias que fueron indemnizadas.
Además el nivel del agua subió 100 m y con la formación del embalse, desapareció los Saltos de Guairá en el curso medio del río Paraná.
  • Central Hidroeléctrica Simón Bolívar:

La central también llamada Represa de Guri, se encuentra ubicada en el Estado de bolívar, 100 Km aguas arriba de la desembocadura del río Caroní.
La generación de esta planta supera los 50.000 GWh al año, capaz de abastecer un consumo equivalente a 300.000 barriles de petróleo por día, esto ha permitido, la sustitución de la termoelectricidad por hidroelectricidad, con la finalidad de ahorrar combustibles líquidos, La energía es consumida por gran parte del país y además se vende una gran parte a Brasil mediante la línea Guri-Boa
La primera fase de construcción de esta obra comenzó en 1963y finalizó en 1978, con una capacidad de 2.065 en 10 unidades,con una cota máxima de 215 metros sobre el nivel del mar
La etapa final, concluida en 1986; consistió en la realización de los trabajos siguientes:
-Se incrementó la cota hasta los 272 metros sobre el nivel del mar
-Construcción de dos presas a ambos lados del río
-Construcción de 10 unidades generadores, de 730 MW, al pie de la presa de gravedad situada al margen derecha del río
-Excavación se un segundo canal de descarga
-Construcción de dos presas de tierra y diques de cierre
Las empresas CVG, EDELCA y las empresas contratista y de ingeniería venezolana, aumentaron su aporte en el proyecto y la construcción. Así el proyecto paso de un alto nivel de dependencia extranjera a un mayor nivel de ejecución de EDELCA.
En la construcción, también se lograron importantes progresos. Las obras iniciales correspondientes a la primera etapa de la central fueron realizadas por un consorcio extranjero con mano de obra venezolana, en cambio, en la etapa final pasaron de una participación del 30% de los contratistas venezolanos a un 60%.
La presa tiene una longitud de 1300 metros y una altura de 162 metros. Cuenta con aliviadero de 3 canales, que permite la salida del exceso de agua en época de lluvias.
Actualmente, es la tercera Represa más grande del mundo con na capacidad de 10.000 MW total instalada.

5.3-Central minihidráulica:

Una central minihidráulica o minihidroeléctrica es un tipo especial de central hidroeléctrica, utilizada para la generación de energía eléctrica, a partir de la energía potencial o cinética del agua.
La energía minihidráulica se considera un tipo de energía renovable y se encuentra dentro de la regulación jurídica asociada a estas energías. Las mini centrales han sido muy utilizadas a lo largo del tiempo debido a su pequeño tamaño y por tanto precio, y facilidad de instalación, por lo que han sido muy usadas a nivel local o incluso privado.
Existen dos tipos de centrales minihidráulicas, las denominadas de "agua fluyente" y las llamadas "a pie de presa". Las de "agua fluyente" hacen desviar el agua de un río por un canal y tuberías hasta alcanzar una turbina, la cual genera electricidad. Posteriormente el agua es devuelta a su cauce, en cambio, las de "a pie de presa", basa su funcionamiento en el almacenamiento del agua en un embalse; vaciándose por una tubería ubicada en la base de la presa, que va a desembocar en una turbina.

6. Vídeos

Este vídeo aparte de explicar como funciona una central hidroeléctrica también hace un comparación con las principales fuentes de energías.


6. Referencias

www.tecnun.es
www.hidroenergia.net
www.energiasolar.com
www.energiahidraulica.com
Libros:
Ciencias de la tierra y el medio ambiente. Editado por SM, 2010.