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Energía Hidráulica | Energía Renovable a través del Agua

La energía hidroeléctrica es electricidad generada aprovechando la energía del agua en movimiento. La lluvia o el agua de deshielo, provenientes normalmente de colinas y montañas, crean arroyos y ríos que desembocan en el océano. La energía que generan esas corrientes de agua, energía hidráulica, puede ser considerable, sólo basta dejarse llevar por una corriente.

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Energía Hidráulica | Desarrollo de la Energía Eléctrica

Este tipo de energía lleva años explotándose, un ejemplo de ello son los agricultores, que desde la Grecia antigua han utilizado molinos de agua para moler trigo y hacer harina. Localizados en los ríos, los molinos de agua recogen el agua en movimiento en cubos situados alrededor del molino. La energía cinética del agua en movimiento gira el molino y se convierte en la energía mecánica que mueve el molino.

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A finales del siglo XIX, la energía hidroeléctrica se convirtió en una fuente para generar electricidad. La primera central hidroeléctrica se construyó en  las Cataratas del Niagra en 1879, dos años después las farolas de la ciudad de Niagra, funcionaban mediante energía hidroeléctrica. A principios de los noventa, las primeras potencias productoras de energía hidroeléctrica eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas.

Pequeñas Centrales Hidroeléctricas

Pequeñas Centrales Hidroeléctricas

En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Países en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados.

Desarrollo de la Energía Eléctrica | Central Hidroeléctrica

La energía hidroeléctrica es una de las energías más rentables, a pesar de que la inversión inicial de construcción es muy elevado, sus gastos de explotación y mantenimiento son relativamente bajos. Pero para que una central sea realmente rentable, deberá reunir una serie de requisitos.

Cataratas de Niagra

Cataratas de Niagra

Las condiciones pluviométricas, es decir la cantidad de aporte de agua de lluvia, medias del año deben ser favorables y otro requisito es la localización del emplazamiento, ya que éste está supeditado a las características y configuración del terreno por el que discurre las corrientes de agua.

Básicamente consiste en aprovechar la energía cinética del agua almacenada, de modo que accione unas turbinas hidráulicas, para el aprovechamiento de la energía hidráulica, también hay que tener en cuenta una serie de factores como son:

  • El Caudal
  • Altura del Salto

La altura del salto es necesaria para aprovechar mejor el agua llevada por los ríos, se construyen presas para regular el caudal en función de la época del año, aunque también una presa puede servir para aumentar más el salto. Otra manera de incrementar la altura del salto es derivando el agua por un canal de pendiente pequeña (menor que la del cauce del río), consiguiendo un desnivel mayor entre el canal y el cauce del río.

Altura de Presa

Altura de Salto, presa ubicada en el Valle de Bagnes, en el cantón suizo de Valais

El agua del canal o de la presa penetra en la tubería donde se efectúa el salto. Su energía potencial se convierte en energía cinética llegando a las salas de máquinas, que albergan a las turbinas hidráulicas y a los generadores eléctricos. El agua al llegar a la turbina la hace girar sobre su eje, que arrastra en su movimiento al generador eléctrico.

Las turbinas pueden ser de varios tipos, según los tipos de centrales:

  • Pelton (saltos grandes y caudales pequeños)
  • Francis (salto más reducido y mayor caudal)
  • Kaplan (salto muy pequeño y caudal muy grande) y de hélice.

Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa, el caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante.

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El agua es transportada a través de unos conductos o tuberías forzadas, controlados por válvulas para poder adecuar el flujo de agua que discurre por las turbinas con respecto a la demanda real de electricidad. Una vez utilizada, el agua sale por los canales de descarga, volviendo al río en las mismas condiciones en las que se tomó, de modo que se puede volver a utilizar por otra central que se encuentre situada aguas abajo o bien para el consumo.

Desarrollo de la Energía Eléctrica | Tipos de Centrales Hidroeléctricas

Se pueden clasificar según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.

CLASIFICACION

Para comenzar deberíamos hacer una distinción entre las centrales que utilizan el agua según discurre por el cauce del río y las centrales en las que el agua llega convenientemente regulada desde un lago o pantano.

  • Centrales de Agua Fluente
  • Centrales de agua embalsada
  • Centrales de Regulación
  • Centrales de Bombeo

Según la altura del salto de agua o desnivel existente:

  • Centrales de Alta Presión
  • Centrales de Media Presión
  • Centrales de Baja Presión

Centrales de Agua Fluente: Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas.

Central mini hidráulica de Xesta, España

Central de Agua Fluyente de Xesta, España

No cuentan prácticamente con reserva de agua, oscilando el caudal suministrado según las estaciones del año. En la temporada de precipitaciones abundantes, de aguas altas, desarrollan su potencia máxima y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca, aguas bajas, la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío. Su construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para mantener un desnivel constante en la corriente de agua.

Centrales de Agua Embalsada: Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales, también llamados embalses, conseguidos mediante la construcción de presas.

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El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Este agua es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

Nueva Central de Belesar II.

Nueva Central de Belesar II. Embalse

Centrales de Regulación: Se utilizan en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.

Canal de Regulacion

Canal de Regulación

Centrales de Bombeo: Se denominan “de acumulación”. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible. La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.

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No es una solución de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las pérdidas de agua o combustible.

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Según la altura del salto de agua o desnivel existente:

Centrales de Alta Presión: Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m³/s por máquina.

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Situadas en zonas de alta montaña,  el agua de los torrentes se aprovecha por medio de conducciones de gran longitud.

Centrales de Media Presión: Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200-20 m. aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m³/s por turbina. En valles de media montaña, dependen de embalses.

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Centrales de Baja Presión: Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300 m³/s.

Canales Boca del Asno

Canales Boca del Asno

EN RESUMEN:

Para la generación de electricidad, se necesita una Central Hidroeléctrica, veamos como es el funcionamiento de una central hidroeléctrica clásica consta de tres partes:

  • Una central eléctrica
  • Una presa, para el control del paso de agua
  • Un depósito, para almacenar el agua.

El agua depositada detrás de la presa fluye a través de una entrada, haciendo presión contra las palas de una turbina, lo que hace que éstas se muevan. La turbina hace girar un generador para producir la electricidad. La cantidad de electricidad que se puede generar depende de hasta dónde llega el agua y de la cantidad de ésta que se mueve a través del sistema. La electricidad puede transportarse mediante cables eléctricos de gran longitud hasta casas, fábricas y negocios.

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Una de las centrales hidroeléctricas de mayor tamaño del mundo se encuentra en los Tres Cañones sobre el río Yangtsé de China. El depósito de estas instalaciones empezó a llenarse en 2003 y terminó en el 2009, por lo que hasta esa fecha no pudo entrar en funcionamiento.

Presa sobre el río Yangtsé de China

Presa sobre el río Yangtsé de China

Otra forma de conseguir electricidad a través del agua, es conducir el agua de un arroyo con gran desnivel, por una tubería cerrada, en cuya base hay una turbina. El agua se recoge en una presa pequeña y la diferencia de altura proporciona la energía potencial necesaria.

Otra forma, consiste en hacer en el río una pequeña presa y desviar parte de ese caudal por un canal con menor inclinación que el río, de forma que aguas abajo, exista una cierta diferencia de nivel con el cauce del río y es entonces donde se hace caer el agua por una tubería con una turbina, devolviendo otra vez el agua a su cauce.

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La energía hidroeléctrica es la que genera electricidad de forma más barata en la actualidad. Esto se debe a que, una vez que la presa se ha construido y se ha instalado el material técnico, la fuente de energía (agua en movimiento) es gratuita. Esta fuente de energía es limpia y se renueva cada año a través del deshielo y las precipitaciones.

Energía Hidráulica – Ventajas y Desventajas

Como todas las energías por muy cuidadosas que sean con el medio ambiente, siempre provocan un cierto impacto, se trata de minimizar al máximo los daños y si es posible evitarlos. Pero cierto es que la energía hidráulica, es una de las energías que menos depende de las energías combustibles fósiles.

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Energía Hidráulica – Ventajas

Son muchas las ventajas de la energía hidráulica, pero entre ellas destaca su potencial como energía renovable. Se trata de un recurso procedente del agua de la lluvia y, además, ese agua empleada en el proceso puede volver a utilizarse. Pero existen muchos otros puntos a favor de esta fuente de energía.

  • La larga vida útil de este tipo de instalaciones las convierte en uno de los recursos renovables más utilizados en la actualidad. En el caso de países como España, ofrece una excelente vía para reducir la dependencia energética exterior ya que se puede producir en el propio país.
Panorámica del pantano del Montoro - Puerto Llano

Panorámica del pantano del Montoro – Puerto Llano

  • Además, ayuda a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero, al servir como sustituto de otras fuentes más contaminantes para producir electricidad. Se calcula que cada kWh producido en una central hidroeléctrica evita la importación de unos 220 gramos de petróleo. En un año de producción hidroeléctrica media, España se ahorra anualmente la importación de unos siete millones de toneladas equivalentes de petróleo (tep).
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  • Los recursos hidráulicos facilitan la gestión de los picos de demanda energética, ya que el agua depositada en los embalses está disponible para su uso. Por tanto, es una fuente renovable que permite su almacenamiento, lo cual ayuda a la seguridad del suministro.
Permite almacenar gran cantidad de agua

Permite almacenar gran cantidad de agua

Ventajas Económicas

  • Aunque es necesaria una inversión muy importante para el desarrollo de las infraestructuras que componen una central hidroeléctrica, a la larga, este tipo de energía resulta barata. Si bien la energía hidráulica parte de un recurso natural, las corrientes de agua, su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Sin embargo, una vez superada esta fase, sus costes de explotación son bajos, y su mejora tecnológica hace que se aproveche de manera eficiente los recursos hidráulicos disponibles.
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  • Además hay que tener en cuenta las ventajas económicas indirectas que la energía hidráulica puede tener para los habitantes de la zona donde se instala una central. Los embalses de las centrales hidroeléctricas pueden servir para revitalizar económicamente una población, no sólo durante su fase de construcción.
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Se revitaliza la economía de la zona, creando nuevos negocios

  • Los embalses pueden convertirse en zonas de recreo de atractivo turístico, lo que impulsará la creación de pequeñas empresas turísticas que generan empleo y otras que se encargan de la operación y del mantenimiento de las instalaciones.
Los pantanos son un atractivo turístico. Pantano de San Juan. Madrid

Los pantanos son un atractivo turístico. Pantano de San Juan. Madrid

  • De forma adicional también las presas en los ríos, además de servir para producir energía eléctrica, son muy útiles para regular el caudal del río. De esta forma se pueden evitar crecidas peligrosas del caudal y se logra abastecer de agua a los cultivos y a la población en épocas de severa sequía. En definitiva, se trata de una energía renovable y limpia de alto rendimiento energético.

Energía Hidráulica – Desventajas

Aunque la energía hidráulica cuenta con muchas ventajas, también presenta algunos inconvenientes, derivados en su mayor parte por el impacto ambiental de las infraestructuras necesarias para su explotación como son los embalses, conductos, las centrales hidroeléctricas. La  principales desventajas de la energía hidráulica son:

  • Las centrales hidroeléctricas requieren de un importante desarrollo de la infraestructura que producirá la electricidad. Sin estas infraestructuras países como España sólo podría disponer de alrededor del 8-9% de las aportaciones hídricas naturales, frente al 37-47% que podemos utilizar actualmente gracias a los 56.000 Hm³ de capacidad de los embalses. De ellos, aproximadamente el 40% corresponde a embalses construidos por empresas hidroeléctricas.
  • La construcción de las grandes presas, como cualquier otra obra civil, genera efectos negativos sobre el entorno durante el periodo de construcción, tanto que en ocasiones supone la desaparición bajo las aguas del embalse de poblaciones enteras, como es el caso del Pantano de San Clemente, cuyas aguas han cubierto el antiguo pueblo del mismo nombre en Huesca. Aunque con la experiencia y la aprobación de legislación más exigente, se han desarrollado métodos cada vez menos impactantes para el medio ambiente.
Pueblos inundados por los embalses

Pueblos inundados por los embalses

  • La construcción de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de terreno. Pudiendo significar la pérdida de tierras fértiles y daños al ecosistema.
Inundación terrenos fértiles

Inundación terrenos fértiles

  • Una vez puestas en funcionamiento, pueden seguir ocasionando daños al medio ambiente, ya que modifican el hábitat ecológico de la vegetación del entorno y de los peces y demás especies que viven en el agua. En ocasiones, esto también puede afectar a la calidad del agua embalsada.
Modificación del entorno

Modificación del entorno

  • Presas y embalses pueden ser destructivas a los ecosistemas acuáticos. Estudios han mostrado que las presas en las costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de trucha septentrional común que necesitan migrar a ciertos lugares para reproducirse, hoy en día este problema se ha solucionado con la invención de una especie de escalera para los peces.
Presa con escalera para Salmones

Presa con escalera para Salmones

  • Las centrales hidroeléctricas también pueden provocar la disminución de los niveles de oxígeno disuelto en el agua, lo que resulta dañino para los hábitats fluviales. Los embalses tienen pérdidas debidas a causas naturales como evaporación o filtraciones.
La falta de oxígeno en el agua provoca daños en la fauna

La falta de oxígeno en el agua provoca daños en la fauna

  • Además, muchas áreas de nuestro planeta se enfrentan a serios problemas de abastecimiento de agua. Los periodos de sequía y el crecimiento de las poblaciones han agravado la situación. En estas zonas los escasos recursos hídricos deben destinarse prioritariamente a las poblaciones, ganadería y agricultura y apenas hay recursos para el desarrollo de centrales hidroeléctricas o bien éstas no puedan alcanzar su máximo potencial.
En las zonas de grandes sequías, los recursos hídricos solo alcanzan para el abastecimiento a la población

En las zonas de grandes sequías, los recursos hídricos solo alcanzan para el abastecimiento a la población

  • La generación de electricidad y los precios de la energía están directamente afectados por la cantidad de agua embalsada. Las sequías por supuesto podrían afectarlo. En los últimos años, el clima se está viendo alterado con periodos de sequías más largas de lo normal y han sido numerosos los embalses que han visto sus niveles bajo mínimo.

Depende de la cantidad de agua, por lo que puede fluctuar

  • Otros inconvenientes están relacionados con la dificultad de preveer la producción de energía que serán capaces de generar las instalaciones, ya que dependen del caudal disponible en los ríos en cada momento. Además, en países donde se requiere el regadío, como en España, el volumen de agua se ve reducido, con la consiguiente disminución de la energía producida ya que la mayoría de los embalses modernos son para usos múltiples, aunque algunos como el de Adeyahamen en Canarias son solo para riego.
Embalses Adeyahamen, para riego

Embalses Adeyahamen, para riego

  • Por último, las centrales hidroeléctricas suelen estar en lugares retirados de los centros de consumo, lo que obliga a la ejecución de líneas de transporte. Esta necesidad, además de encarecer la inversión, provoca pérdidas de energía y un impacto ambiental que cada vez encuentra más detractores.
  • El agua que sale de las turbinas no tiene prácticamente sedimento. Esto puede dar como resultado la erosión de los márgenes de los ríos.
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Las erosiones en los márgenes son evidentes

  • Cuando las turbinas se abren y cierran repetidas veces, el caudal del río se puede modificar rápidamente causando una dramática alteración en los ecosistemas.

Sin embargo, en líneas generales, los beneficios de las centrales hidroeléctricas son mayores que sus inconvenientes porque es una energía limpia, autóctona y renovable. Este tipo de energía será más beneficiosa cuando se consiga reducir su impacto ambiental manteniendo su caudal ecológico y promoviendo medidas que protejan la fauna y la flora.

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