Conocimiento de las fuentes de energía renovable así como su potencial uso para disminuir la dependencia del petróleo extranjero (página 3)
Energía de combustión directa
Energía de conversión térmica
Energía por fermentación alcohólica
Energía por descomposición anaeróbica
La energía de combustión directa se saca de la
leña y otros desechos orgánico como excrementos de
animales y
celulosa se
utiliza para obtener calor.
La energía por conversión térmica que
consiste en la destilación de leña para generar
carbón de leña, metanol, alcohol
metálico, entre otros.
La energía por fermentación alcohólica
que consiste en la fermentación de restos orgánicos
tales como la caña de azúcar,
la yuca y la madera, se
cree que podría reemplazar a los combustibles
fósiles. El etanol (alcohol etílico) se está
usando actualmente como añadido de la gasolina.
La energía anaeróbica que consiste en la
producción de gas en
cámaras cerradas; se denominan biodigestores. Esta se
logra mediante la fermentación de desechos
orgánicos (excrementos, residuos orgánicos, etc.).
El gas obtenido sirve para el gas de cocina y la iluminación.
Energía solar
La energía
solar es la energía obtenida de la radiación
solar transformándola en calor o electricidad. Los
colectores solares transfieren la energía proveniente de
la radiación solar al agua y la
calientan. Las celdas fotovoltaicas que generan su energía
eléctrica de la radiación
electromagnética del sol, transformándola en
energía eléctrica.
Sistema fotovoltaico
Es el sistema por el
cual se genera la electricidad por la radiación
electromagnética (luz visible,
infrarrojos,ultravioletas…), éste consta de:
Un generador solar, compuesto de paneles
fotovoltaicos que generan una corriente eléctrica, en
función de la radiación solar.Un acumulador, que guarda la energía
electrica para disponerla en la noche y en los días
nublados,bateríasUn regulador, que evita sobrecargas en el acumulador
o descargas excesivas, ajustando la tension y
corriente.Un conversor, que convierte la electricidad
producida(continua) en el mismo tipo que la red
(España es 220 V alterna a 50 Hz).
Sistema solar térmico
Este sistema funciona calentando agua por el calor
producido por la radiación solar. Este calentamiento puede
producirse mediante concentración de radiación
solar produciendo vapor de agua, y con una turbina energía
eléctrica; O bien, puede emplearse sin
concentración en calefacción o agua caliente
sanitaria (ACS).
Energía geotérmica
Este tipo de energía trata de aprovechar el calor
desprendido por la Tierra para
obtener energía eléctrica. Dicho de otra forma, es
la energía calórica contenida en el interior de la
Tierra que se
transmite por conducción térmica hacia la
superficie.
También puede generarse energía
eléctrica mediante la utilización de un vapor que
pasa a través de una turbina que está conectada a
un generador, y que produce electricidad.
Los usos más comunes son:
Uso sanitario.
Varios usos industriales como la
pasteurización de la leche.La implantación de calefacción en
distritos enteros y viviendas individuales.Balnearios.
Cultivos en invernaderos durante el periodo de
nevadas.Reducir el tiempo de crecimiento de pescados,
crustáceos, etc.
Entre sus ventajas, podemos destacar:
Es un recurso de bajo coste.
Contribuye tanto a la generación de
energía (produce electricidad) como con usos
directamente de calor.Evita la dependencia energética del
exterior.Los residuos que produce son mínimos y
ocasionan menor impacto ambiental que los combustibles
fósiles (petróleo, carbón,
etc.)No produce ningún tipo de
combustión
Funcionamiento de una central
Primero se perfora un agujero hasta el pozo de agua
subterránea.Se monta una tubería, destinada a llevar el
vapor de agua a la superficie.El vapor de agua pasa por una depuradora, porque
lleva minerales que podrían ocasionar desperfectos en
las turbinas.Luego, pasan por las turbinas, que a su vez mueven
un generador. El generador produce la electricidad y un
transformador la convierte en corriente
eléctrica.
La energía geotérmica es capaz de crear
energía limpia para autos,casas
etc. Islandia es unos de los lugares donde se crea más
energía geotérmica.
Energía Mareomotriz
La energía mareomotriz es la que resulta de
aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura en media
de los mares según la posición relativa de la
Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción
gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de
agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse
interponiendo partes móviles al movimiento
natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos
de canalización y depósito, para obtener movimiento
en un eje.
Mediante su acoplamiento a un alternador se puede
utilizar el sistema para la generación de electricidad,
transformando así la energía mareomotriz en
energía eléctrica, una forma energética
más útil y aprovechable. Es un tipo de
energía renovable limpia.
Central en Francia
Energía Undimotriz
La Energía undimotriz es la energía producida
por el movimiento de las olas. Es menos conocida y extendida que
la maremotriz, pero cada vez se aplica más.
Algunos sistemas pueden
ser:
Un aparato anclado al fondo y con una boya unida a él
con un cable. El movimiento de la boya se utiliza para mover un
generador. Otra variante sería tener la maquinaria en
tierra y las boyas metidas en un pozo comunicado con el mar.
Un aparato flotante de partes articuladas que obtiene
energía del movimiento relativo entre sus partes. Como la
"serpiente marina" Pelamis.
Un pozo con la parte superior hermética y la inferior
comunicada con el mar. En la parte superior hay una
pequeña abertura por la que sale el aire expulsado
por las olas. Este aire mueve una turbina que es la que genera la
electricidad.
3.3-Ventajas e inconvenientes de la
energía renovableEnergías
ecológicasLas fuentes de
energía renovables son distintas a las de combustibles
fósiles o centrales nucleares debido a su diversidad y
abundancia. Se considera que el Sol
abastecerá estas fuentes de energía
(radiación solar, viento, lluvia, etc.) durante los
próximos cuatro mil millones de años. La
primera ventaja de una cierta cantidad de fuentes de
energía renovables es que no producen gases de
efecto invernadero ni otras emisiones, contrariamente a lo
que ocurre con los combustibles, sean fósiles o
renovables. Algunas fuentes renovables no emiten
dióxido de carbono
adicional, salvo los necesarios para su construcción y funcionamiento, y no
presentan ningún riesgo
suplementario, tales como el riesgo nuclear.No obstante, algunos sistemas de energía
renovable generan problemas
ecológicos particulares. Así pues, los primeros
aerogeneradores eran peligrosos para los pájaros, pues
sus aspas giraban muy deprisa, mientras que las centrales
hidroeléctricas pueden crear obstáculos a la
emigración de ciertos peces, un
problema serio en muchos ríos del mundo (en los del
noroeste de Norteamérica que desembocan en el
Océano Pacífico, se redujo la población de salmones
drásticamente).Naturaleza difusa
Un problema inherente a las energías
renovables es su naturaleza
difusa, con la excepción de la energía
geotérmica la cual, sin embargo, sólo es
accesible donde la corteza terrestre es fina, como las
fuentes calientes y los géiseres.Puesto que ciertas fuentes de energía
renovable proporcionan una energía de una intensidad
relativamente baja, distribuida sobre grandes superficies,
son necesarias nuevos tipos de "centrales" para convertirlas
en fuentes utilizables. Para 1.000 kWh de electricidad,
consumo
anual per cápita en los países occidentales, al
propietario de una vivienda ubicada en una zona nublada de
Europa
debe instalar ocho metros cuadrados de paneles fotovoltaicos
(suponiendo un rendimiento energético medio del
12,5%).Sin embargo, con cuatro metros cuadrados de colector
solar térmico, un hogar puede obtener gran parte de la
energía necesaria para el agua
caliente sanitaria aunque, debido al aprovechamiento de la
simultaneidad, los edificios de pisos pueden conseguir los
mismos rendimientos con menor superficie de colectores y, lo
que es más importante, con mucha menor inversión por vivienda.Irregularidad
La producción de energía
eléctrica permanente exige fuentes de alimentación
fiables o medios de
almacenamiento (sistemas hidráulicos de
almacenamiento por bomba, baterías, futuras pilas de
combustible de hidrógeno, etc.). Así pues,
debido al elevado coste del almacenamiento de la
energía, un pequeño sistema autónomo
resulta raramente económico, excepto en situaciones
aisladas, cuando la conexión a la red de energía
implica costes más elevados.Diversidad geográfica
La diversidad geográfica de los recursos
es también significativa. Algunos países y
regiones disponen de recursos sensiblemente mejores que
otros, en particular en el sector de la energía
renovable. Algunos países disponen de recursos
importantes cerca de los centros principales de viviendas
donde la demanda de
electricidad es importante. La utilización de tales
recursos a gran escala
necesita, sin embargo, inversiones considerables en las redes de
transformación y distribución, así como en la
propia producción.Administración de las redes
eléctricasSi la producción de energía
eléctrica a partir de fuentes renovables se
generalizase, los sistemas de distribución y
transformación no serían ya los grandes
distribuidores de energía eléctrica, pero
funcionarían para equilibrar localmente las
necesidades de electricidad de las pequeñas
comunidades.Los que tienen energía en excedente
venderían a los sectores deficitarios, es decir, la
explotación de la red debería pasar de una
"gestión pasiva" donde se conectan
algunos generadores y el sistema es impulsado para obtener la
electricidad "descendiente" hacia el consumidor, a una gestión "activa",
donde se distribuyen algunos generadores en la red, debiendo
supervisar constantemente las entradas y salidas para
garantizar el equilibrio
local del sistema. Eso exigiría cambios importantes en
la forma de administrar las redes.Sin embargo, el uso a pequeña escala de
energías renovables, que a menudo puede producirse "in
situ", disminuye la necesidad de disponer de sistemas de
distribución de electricidad. Los sistemas corrientes,
raramente rentables económicamente, revelaron que un
hogar medio que disponga de un sistema
solar con almacenamiento de energía, y paneles de
un tamaño suficiente, sólo tiene que recurrir a
fuentes de electricidad exteriores algunas horas por semana.
Por lo tanto, los que abogan por la energía renovable
piensan que los sistemas de distribución de
electricidad deberían ser menos importantes y
más fáciles de controlar.La integración en el paisaje
Un inconveniente evidente de las energías
renovables es su impacto visual en el ambiente
local. Algunas personas odian la estética de los generadores
eólicos y mencionan la conservación de la
naturaleza cuando hablan de las grandes instalaciones solares
eléctricas fuera de las ciudades. Sin embargo, todo el
mundo encuentra encanto en la vista de los "viejos molinos a
viento" que, en su tiempo,
eran una muestra bien
visible de la técnica disponible.Otros intentan utilizar estas tecnologías de
una manera eficaz y satisfactoria estéticamente: los
paneles solares fijos pueden duplicar las barreras
anti-ruido a lo
largo de las autopistas, hay techos disponibles y
podrían incluso ser sustituidos completamente por
captadores solares, células fotovoltaicas amorfas que
pueden emplearse para teñir las ventanas y producir
energía, etc.3.4-Las energías Renovables en la
ActualidadRepresentan un 20% del consumo mundial de
electricidad, siendo el 90% de origen hidráulico. El
resto es muy marginal: biomasa 5,5%, geotérmica 1,5%,
eólica 0,5% y solar 0,05%.Alrededor de un 80% de las necesidades de
energía en las sociedades
industriales occidentales se centran en torno a la
industria,
la calefacción, la climatización de los
edificios y el transporte
(coches, trenes, aviones). Sin embargo, la mayoría de
las aplicaciones a gran escala de la energía renovable
se concentra en la producción de
electricidad.En España, las renovables fueron
responsables del 19,8 % de la producción
eléctrica. La generación de electricidad con
energías renovables superó en el año
2007 a la de origen nuclear.Greenpeace presentó un informe en
el que sostiene que la utilización de energías
renovables para producir el 100% de la energía es
técnicamente viable y económicamente asumible,
por lo que, según la
organización ecologista, lo único que falta
para que en España se dejen a un lado las
energías sucias, es necesaria voluntad política. Para lograrlo, son necesarios
dos desarrollos paralelos: de las energías renovables
y de la eficiencia
energética (eliminación del consumo
superfluo).Por otro lado, un 64% de los directivos de las
principales utilities consideran que en el horizonte de 2018
existirán tecnologías limpias, asequibles y
renovables de generación local, lo que obligará
a las grandes corporaciones del sector a un cambio de
mentalidad.3.5- Impacto
Ambiental de la Energía RenovableTodas las fuentes de energía producen algún
grado de impacto ambiental. La energía
geotérmica puede ser muy nociva si se arrastran
metales
pesados y gases de efecto
invernadero a la superficie; la eólica produce
impacto visual en el paisaje, ruido de baja frecuencia, puede
ser una trampa para aves. La
hidráulica menos agresiva es la minihidráulica
ya que las grandes presas provocan pérdida de biodiversidad, generan metano por
la materia
vegetal no retirada, provocan pandemias como fiebre
amarilla, dengue,
equistosomiasis en particular en climas templados y climas
cálidos, inundan zonas con patrimonio
cultural o paisajístico, generan el movimiento de
poblaciones completas, entre otros Asuán,
Itaipú, Yaciretá y aumentan la salinidad de los
cauces fluviales.La energía solar se encuentra entre las menos
agresivas salvo el debate
generado por la electricidad fotovoltaica respecto a que se
utiliza gran cantidad de energía para producir los
paneles fotovoltáicos y tarda bastante tiempo en
amortizarse esa cantidad de energía. La mareomotriz se
ha discontinuado por los altísimos costos
iniciales y el impacto ambiental que suponen. La
energía de las olas junto con la energía de las
corrientes marinas habitualmente tienen bajo impacto
ambiental ya que usualmente se ubican en costas agrestes. La
energía de la biomasa produce contaminación durante la
combustión por emisión de CO2 pero que es
reabsorbida por el crecimiento de las plantas
cultivadas y necesita tierras cultivables para su desarrollo, disminuyendo la cantidad de
tierras cultivables disponibles para el consumo humano y para
la ganadería, con un peligro de aumento
del coste de los alimentos y
aumentando la producción de monocultivos.3.6- Islandia pionero en la Energía Renovable
Islandia es un pequeño país el cual se
provee de energía mediante la energía
geotérmica e hidroeléctrica. La energía
geotérmica abunda en Islandia por la gran cantidad de
volcanes y
géiseres. Islandia no es autosuficiente y no se puede
proveer del petróleo que consume, así que
debe importarlo en su totalidad.Pero en 2002 se encontró una alternativa que
separa los átomos de hidrógeno mediante la
electrólisis, debido a que en Islandia
la energía sobra. Lo que se pretende es que dentro de
pocos años la flota de buses sea completamente de
hidrógeno, y que coches y barcos también. Por
ahora hay una estación de hidrógeno y algunos
coches y autobuses. Luego, pretende exportar el
hidrógeno. Islandia es en este momento uno de los
países con la tecnología del hidrógeno
más desarrollada y le llevará una ventaja
contundente a demás países que en este momento
están empezando a desarrollar la energía de
hidrógeno.Energía Solar
La energía solar es aquella que proviene del
aprovechamiento directo de la radiación del sol, y de
la cual se obtiene calor y electricidad. El calor se obtiene
mediante colectores térmicos, y la electricidad a
través de paneles fotovoltaicos.La energía solar, además de ser
renovable y no contaminar el Medio
Ambiente, es una energía muy abundante en
España. Su utilización contribuye a reducir el
efecto invernadero producido por las emisiones de CO2 (oxido
de carbono) a la atmósfera, así como el cambio
climático provocado por el efecto
invernadero.La potencia
de la radiación varía según el momento
del día, las condiciones atmosféricas que la
amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas
condiciones de irradiación el valor es
de aproximadamente 1000 W/m² en la superficie terrestre.
A esta potencia se la conoce como
irradiación.La radiación es aprovechable en sus
componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La
radiación directa es la que llega directamente del
foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La
difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna
gracias a los múltiples fenómenos de
reflexión y refracción solar en la
atmósfera, en las nubes y el resto de elementos
atmosféricos y terrestres. La radiación directa
puede reflejarse y concentrarse para su utilización,
mientras que no es posible concentrar la luz difusa que
proviene de todas las direcciones.La irradiancia directa normal (o perpendicular a los
rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre
de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m²
(que corresponde a un valor máximo en el perihelio de
1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308
W/m².)La energía del sol produce calor y hace
posible que el hombre
la utilice en forma directa mediante distintos elementos, es
así como tenemos:Colectores solares: Consiste en el
aprovechamiento directo del sol, es decir absorben la
radiación solar transfiriendo su energía
calorífica al agua, que está almacenada en
tubos, calentándola. Con el empleo de un conjunto
de conectores se logra la forma más sencilla de
generación a partir del sol; estos colectores
calientan agua para producir vapor que a su vez hace
girar una turbina y este giro en las turbinas crea el
mismo funcionamiento que veremos mas adelante en las
energías eólica.Paneles o Celdas
Fotovoltaicas:
El sol también emite radiaciones
electromagnéticas, las cuales son aprovechadas por un
sistema llamado fotovoltaico, el cual transforma estas
radiaciones en energía eléctrica. Esto es
debido a que Los paneles fotovoltaicos constan de un conjunto
de celdas solares y son utilizadas para la producción
de electricidad, y se perfilan como una adecuada
solución para el abastecimiento eléctrico en
las áreas rurales. La electricidad obtenida mediante
los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse en forma directa,
o bien ser almacenada en baterías para utilizarla
durante la nocheo cuando el día este
nubaldo.4.1- Rendimiento de la energía
solarCada sistema tiene diferentes rendimientos. Los
típicos de una célula fotovoltaica (aislada) de
silicio policristalino oscilan alrededor del 10%. Para
células de silicio monocristalino, los
valores oscilan en el 15%. Los más altos se
consiguen con los colectores solares térmicos a baja
temperatura (que puede alcanzar el 70% de
transferencia de energía solar a
térmica).También la energía solar
termoeléctrica de baja temperatura, con el sistema de
nuevo desarrollo, ronda el 50% en sus primeras versiones.
Tiene la ventaja que puede funcionar 24 horas al día a
base de agua caliente almacenada durante las horas de
sol.A continuación, el sistema de discos Stirling
(30-40%). Como ventaja añadida, el calor residual
puede ser reaprovechado por cogeneración.Los paneles solares fotovoltaicos tienen, como hemos
visto, un rendimiento en torno al 15 % y no producen
calor que se pueda reaprovechar -aunque hay líneas de
investigación sobre paneles
híbridos que permiten generar energía
eléctrica y térmica simultáneamente. Sin
embargo, son muy apropiados para instalaciones sencillas en
azoteas y de autoabastecimiento –proyectos de
electrificación rural en zonas que no cuentan con red
eléctrica-, aunque su precio es
todavía alto. Para incentivar el desarrollo de la
tecnología con miras a alcanzar la paridad -igualar el
precio de obtención de la energía solar
fotovoltaica al de otras fuentes más ecnómicas
en la actualidad-, existen primas a la producción, que
garantizan un precio fijo de compra por parte de la red
eléctrica. En el caso de Alemania,
Italia o
España.También se estudia obtener energía de la
fotosíntesis de algas y plantas, con un
rendimiento del 3%.Según el 21º Estudio del World Energy Council,
para el año 2100 el 70% de la energía consumida
será de origen solar.4.2-Elementos que Forman el Sistema
FotovoltaicoEl Sistema fotovoltaico consta de los siguientes
elementos:• Un generador solar, compuesto por un conjunto
de paneles fotovoltaicos, que captan la radiación
luminosa procedente del sol y la transforman en corriente
continua a baja tensión (12 ó 24 V).• Un acumulador, que almacena la energía
producida por el generador y permite disponer de corriente
eléctrica fuera de las horas de luz o días
nublados.• Un regulador de carga, cuya misión
es evitar sobrecargas o descargas excesivas al acumulador,
que le produciría daños irreversibles; y
asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de
máxima eficiencia.• Y si es necesario un inversor, la cual
transforma la corriente continua de 12 ó 24 V
almacenada en el acumulador, en corriente
alterna de 120 V.4.3- Célula Solar
Algunas células solares funcionan en base a
una plaqueta delgada de silicio monocristalino, que ha sido
tratada para poder
convertir la luz del sol en corriente eléctrica. El
silicio se obtiene de la arena ordinaria. Dada la eficiencia
de la
célula solar y la duración de su vida
útil, se calcula que una tonelada de arena puede
generar la misma cantidad de electricidad que se produce
quemando más de medio millón de toneladas de
carbón. (Philippe Ilailly/SPL).La producción de electricidad a partir de
células fotovoltaicas en 1997 es aún seis veces
más cara que la obtenida en centrales de
carbón, pero hace tan sólo una década
era dieciocho veces más, lo que permite que el
empleo de
células fotovoltaicas para producir electricidad en
lugares alejados de las redes de distribución ya
compita con las alternativas existentes, como generadores
eléctricos a partir del petróleo. En los próximos 5
años se espera reducir el coste del kWh a 12 centavos
de dólar, a 10 para antes del año 2010 y a 4
centavos para el 2030. A lo largo de toda la década el
mercado
fotovoltaico creció a ritmos anuales superiores al
40%; entre 1971 y 1996 se han instalado en el mundo 700
megavatios de células fotovoltaicas.La energía solar fotovoltaica, es decir, los
paneles solares para producción de electricidad tienen
ahora un peso estadísticamente nulo entre las
renovables y en el IDAE creen que deberán pasar
bastantes años para que despegue. Dicen que es muy
cara porque la tecnología no está
suficientemente desarrollada para hacerla rentable.
Greenpeace no está de acuerdo, José Luis
García Ortega, experto en renovables de esta organización ecologista, asegura que
"si el billón de pesetas que el Gobierno
va a donar a las eléctricas se destinara a la solar
fotovoltaica tendría un presente y futuro asegurado".
Este grupo
ecologista mantiene que el futuro de la solar fotovoltaica
pasa porque el Ejecutivo, además de fijar el precio
para su trasvase a la red (60 pesetas por kilovatio
transferido), las exigencias de la reglamentación no
sean disuasorias sino que la potencien. Las empresas que
fabrican estos paneles confían en que esta nueva norma
impulse considerablemente su industria.4.4 -Funcionamiento en Gráficos
4.5- Clasificación de la tecnología
solarClasificación por tecnologías y su
correspondiente uso más general:Energía solar pasiva: Aprovecha el calor
del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas
mecánicos.Energía solar térmica: Para
producir agua caliente de baja temperatura para uso
sanitario y calefacción.Energía solar fotovoltaica: Para producir
electricidad mediante placas de semiconductores que se
excitan con la radiación solar.Energía solar termoeléctrica: Para
producir electricidad con un ciclo termodinámico
convencional a partir de un fluido calentado a alta
temperatura (aceite térmico)Energía solar híbrida: Combina la
energía solar con la combustión de biomasa,
combustibles fósiles, Energía eólica
o cualquier otra energía alternativa.Energía eólico solar: Funciona con
el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea
donde están los generadores.
4.6- Usos de la Energía Solar
Otros usos de la energía solar y ejemplos
más prácticos de sus aplicaciones:Huerta solar
Central térmica solar, como:
la que está en funcionamiento desde el
año 2007 en Sanlúcar la Mayor (Sevilla), de
11 MWh de potencia que entregará un total de 24
GWh al añoy la de Llanos de Calahorra, cerca de Guadix, de
50 MWh de potencia. En proyecto Andasol I y
II.Potabilización de agua
Cocina solar
Destilación
Evaporación
Fotosíntesis
Secado
Arquitectura sostenible
Cubierta Solar
Acondicionamiento y ahorro de energía en
edificacionesCalentamiento de agua
Calefacción doméstica
Iluminación
Refrigeración
Aire acondicionado
Energía para pequeños
electrodomésticos
La
Energía HidráulicaLa energía hidráulica se basa en
aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La
energía potencial, durante la caída, se
convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a
gran velocidad,
provocando un movimiento de rotación que finalmente,
se transforma en energía eléctrica por medio de
los generadores. Es un recurso natural disponible en las
zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez
utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo
requiere construir pantanos, presas, canales de
derivación, y la instalación de grandes
turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello
implica la inversión de grandes sumas de dinero,
por lo que no resulta competitiva en regiones donde el
carbón o el
petróleo son baratos. Sin embargo, el peso de las
consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez
estén en funcionamiento centran la atención en esta fuente de
energía.La fuerza del
agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo,
pero fue con la Revolución
Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX,
cuando comenzó a tener gran importancia con la
aparición de las ruedas hidráulicas para la
producción de energía eléctrica. Poco a
poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo
caudal del verano y otoño, unido a los hielos del
invierno hacían necesaria la construcción de
grandes presas de contención, por lo que las ruedas
hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor con en cuanto se pudo
disponer de carbón.La primera central hidroeléctrica moderna se
construyó en 1880 en Northumberland, Gran
Bretaña. El
renacimiento de la energía hidráulica se
produjo por el desarrollo del generador eléctrico,
seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica
y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios
del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas
generaban ya una parte importante de la producción
total de electricidad.Toma para el canal de riego en
AllozA principios de la década 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. En todo el mundo, este tipo de
energía representa aproximadamente la cuarta parte de
la producción total de electricidad, y su importancia
sigue en aumento. Los países en los que constituye
fuente de electricidad más importante son Noruega
(99%), Zaire (97%) y Brasil (96%).
La central de Itaipú, en el río Paraná,
está situada entre Brasil y Paraguay; se
inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora
del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en
Estados
Unidos, genera unos 6500 Mw y es una de las más
grandes.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. Otras naciones en vías de desarrollo
están utilizando este sistema con buenos resultados.
En Euskadi, debido a que los ríos son de curso corto y
no conducen caudales importantes, existen bastantes
minicentrales hidráulicas. En el resto de
España hay problemas de escasez de
agua y se han construido presas para riego. Posteriormente
han sido aprovechadas para generar energía, y
actualmente tenemos una fracción importante de
energía hidroeléctrica instalada.Presa de bóveda de
Alloz5.1 Origen
El origen de la energía hidráulica
está en el ciclo hidrológico de las lluvias y
por tanto, en la evaporación solar y la
climatología que remontan grandes cantidades de agua a
zonas elevadas de los continentes alimentando los
ríos. Este proceso
está originado, de manera primaria, por la
radiación solar que recibe la Tierra.Estas características hacen que sea
significativa en regiones donde existe una combinación
adecuada de lluvias, desniveles geológicos y
orografía favorable para la construcción de
represas. Es debida a la energía potencial contenida
en las masas de agua que transportan los ríos,
provenientes de la lluvia y del deshielo. Puede ser utilizada
para producir energía eléctrica mediante un
salto de agua, como se hace en las centrales
hidroeléctricas.5.1.1 –Evolución
HistóricaLos antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la
energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas
para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear
esclavos y animales de carga retrasó su
aplicación generalizada hasta el siglo XII.Durante la edad
media, las grandes ruedas hidráulicas de madera
desarrollaban una potencia máxima de cincuenta
caballos. La energía hidroeléctrica debe su
mayor desarrollo al ingeniero civil británico John
Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas
hidráulicas de hierro colado.Antigua rueda
hidráulicaLa hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante
la Revolución Industrial. Impulsó
las industrias
textil y del cuero y
los talleres de construcción de máquinas a
principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor
ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la
madera poco satisfactoria como combustible. La energía
hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas
ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de
canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron
carbón a bajo precio.Las presas y los canales eran necesarios para la
instalación de ruedas hidráulicas sucesivas
cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La
construcción de grandes presas de contención
todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante
el verano y el otoño, unido a las heladas en invierno,
obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por
máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de
carbón.La primera central hidroeléctrica se
construyó en 1880 en Northumberland, Gran
Bretaña. El renacimiento de la energía
hidráulica se produjo por el desarrollo del generador
eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina
hidráulica y debido al aumento de la demanda de
electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales
hidroeléctricas generaban ya una parte importante de
la producción total de electricidad. La
tecnología de las principales instalaciones se ha
mantenido igual durante el siglo XX.A principios de la década de los noventa, las
primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran
Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60%
de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo
el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la
cuarta parte de la producción total de electricidad, y
su importancia sigue en aumento. Los países en los que
constituye fuente de electricidad más importante son
Noruega (99%), República Democrática del Congo
(97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el
río Paraná, está situada entre Brasil y
Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor
capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa
Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 MW y es
una de las más grandes.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. Otras naciones en vías de desarrollo
están utilizando este sistema con buenos
resultados.Desarrollo de la energía
hidroeléctricaLa primera central hidroeléctrica se
construyó en 1880 en Northumberland, Gran
Bretaña. El renacimiento de la energía
hidráulica se produjo por el desarrollo del generador
eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina
hidráulica y debido al aumento de la demanda de
electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales
hidroeléctricas generaban ya una parte importante de
la producción total de electricidad.La tecnología de las principales
instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. 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. El agua se transporta por unos conductos o
tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el
flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El
agua que entra en la turbina sale por los canales de
descarga. Los generadores están situados justo encima
de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del
caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para
caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turninas
Pelton para grandes saltos y pequeños
caudales.Además de las centrales situadas en presas de
contención, que dependen del embalse de grandes
cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en
la caída natural del agua, cuando el caudal es
uniforme. Estas instalaciones se llaman de agua fluente. Una
de ellas es la de las Cataratas del Niágara, situada
en la frontera
entre Estados Unidos y Canadá.A principios de la década de los noventa, las
primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran
Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60%
de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo
el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la
cuarta parte de la producción total de electricidad, y
su importancia sigue en aumento. Los países en los que
constituye fuente de electricidad más importante son
Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de
Itaipú, en el río Paraná, está
situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y
tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como
referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera
unos 6.500 Mw y es una de las más grandes.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. Otras naciones en vías de desarrollo
están utilizando este sistema con buenos
resultados.La energía hoy
Desde hace años, el desarrollo de nuestra
sociedad
se basa en la utilización de la energía, un
amplio abanico de actividades productivas y recreativas. En
un esquema simple sus aplicaciones se pueden dividir en dos
grupos:Combustibles de uso directo, empleados
básicamente para la calefacción
doméstica y de edificios de servicios, en
diferentes procesos y equipos industriales y en
automoción. Provienen en gran medida del
petróleo, pero también del carbón y
el gas natural. Suponen dos tercios del consumo de
energía primaria en un país industrializado
medio.Electricidad, que se emplea en
iluminación y en accionamiento de equipos;
electrodomésticos y maquinaria industrial, hornos
y otros procesos industriales. Proviene de diferentes
fuentes: carbón y otros combustibles
fósiles, energía hidráulica y
nuclear. Representa un tercio de la energía
primaria que utiliza un país industrializado
medio.
En ambos casos, la energía se recibe desde
empresas de medio y gran tamaño a través de
redes de transportes y distribución complejas que
suponen unas inversiones de fuerte magnitud. En la vuelta a
las energías renovables, éstas se utilizan en
gran medida para la producción de electricidad, pero
también se obtienen de ellas combustibles de uso
doméstico e industrial, así como
biocombustibles líquidos para
automoción.La inserción de las renovables en el esquema
energético se hace a través de las redes ya
existentes de suministro eléctrico o de combustibles
de uso directo, aunque también se plantea el uso de
estas energías para satisfacer las demandas de
comunidades aisladas de las redes de distribución
energética convencionales.5.2- Central Hidroeléctrica
Una central hidroeléctrica es aquella que utiliza
energía hidráulica para la generación de
energía eléctrica. Son el resultado actual de
le evolución de los antiguos molinos que aprovechaban
la corriente de los ríos para mover una rueda.En general aprovechan la energía potencial que
posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un
desnivel también conocido como salto geodésico.
El agua en su caída entre dos niveles del cauce se
hace pasar por una o varias turbinas hidráulicas las
cuales trasmiten la energia a
un alternador en cual la convierte en energía
eléctrica.Las dos características principales de una central
hidroeléctrica, desde el punto de vista de su
capacidad de generación de electricidad son:- La potencia, que es función del desnivel existente
entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas
debajo de la central, y del caudal máximo turbinable,
además de las características de la turbina y del
generador. - La energía garantizada, en un lapso de tiempo
determinado, generalmente un año, que está en
función del volumen útil del embalse, y de la
potencia instalada. La potencia de una central puede variar desde unos pocos
MW (megavatios), como en el caso de las minicentrales
hidroeléctricas, hasta 14.000 MW como en Paraguay y
Brasil donde se encuentra la segunda mayor central
hidroeléctrica del mundo (la mayor es la Presa de las
Tres Gargantas, en China, con una potencia de 22.500 MW), la
Itaipú que tiene 20 turbinas de 700 MW cada una. Cada
turbina suele tener unas 20 pulgadas de longitud con un
perímetro de 40 cm.5.2.1- Tipos de Centrales
HidroeléctricasPor la Presión ejercida por el
aguaCentrales de baja presión: Son
centrales hidroeléctricas situadas en corrientes de
agua con desniveles de caída de 10 metros o superiores
y se construyen intercalándolas en los cursos de los
ríos o de los canales. Por razones de índole
económica y ecológica el agua se utiliza en su
curso natural, siendo embalsada mediante presas. Estas
centrales hidroeléctricas pequeñas tienen la
desventaja de proporcionar una corriente eléctrica
fluctuante, puesto que las variaciones estacionales de las
precipitaciones pueden hacer variar el flujo de agua, y por
tanto la cantidad de agua disponible.Centrales de mediana o alta presión:
Son centrales hidroeléctricas de acumulación o
de bombeo (desniveles hasta 100 m.). Estas centrales disponen
de zonas de embalse en forma de embalses de gran
tamaño o zonas enteras de ríos en las que el
agua se acumula durante períodos cortos
(acumulación diaria) o más prolongados
(acumulación anual). Las centrales
hidroeléctricas de acumulación se construyen
casi siempre en presas de valles, y aprovechan el agua de
cursos naturales renovables. Las centrales
hidroeléctricas de bombeo, por el contrario, son
centrales que en las épocas de superproducción
de energía eléctrica bombean el agua hasta un
nivel más elevado para volver a transformar la
energía potencial generada, en energía
eléctrica en horas de pico de carga. Por esta
razón, las centrales hidroeléctricas de bombeo
no pueden clasificarse en la categoría de plantas que
aprovechan energías renovables.Según su concepción
arquitectónicaCentrales al aire libre, al pie
de la presa, o relativamente alejadas de esta, y
conectadas por medio de una tubería en
presión.Centrales en caverna,
generalmente conectadas al embalse por medio de
túneles, tuberías en presión, o por
la combinación de ambas.
Según su régimen de
flujoCentrales a filo de agua. También
denominadas centrales de agua fluyente o de
pasada, utilizan parte del flujo de un río
para generar energía eléctrica. Operan en
forma continua porque no tienen capacidad para almacenar
agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua disponible
en el momento, limitadamente a la capacidad instalada. En
estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical,
cuando el río tiene una pendiente fuerte u
horizontal cuando la pendiente del río es
baja.Centrales de embalse. Es el tipo
más frecuente de central hidroeléctrica.
Utilizan un embalse para reservar agua e ir graduando el
agua que pasa por la turbina. Es posible generar
energía durante todo el año si se dispone
de reservas suficientes. Requieren una inversión
mayor.
Centrales de acumulación por
bombeo Se trata de un tipo de central que solo genera
energía en horas punta y la consume en
horas valle (noches y fines de semana), mediante
un grupo electromecánico de bombeo y
generación. Justifican su existencia para hacer
frente a variaciones de demanda energética en
horas determinadas. Distinguimos tres tipos; centrales
puras de acumulación, centrales mixtas de
acumulación y centrales de acumulación por
bombeo diferencial.
Otros tipos de centrales
hidroeléctricasCentrales mareomotrices.Utilizan el flujo
y reflujo de las mareas. Pueden ser ventajosas en zonas
costeras donde la amplitud de la marea es amplia, y las
condiciones morfológicas de la costa permiten la
construcción de una presa que corta la entrada y
salida de la marea en una bahía. Se genera
energía tanto en el momento del llenado como en el
momento del vaciado de la bahía.Centrales mareomotrices
sumergidas.Utilizan la energía de las
corrientes submarinas. En 2002, en Gran Bretaña se
implementó la primera de estas centrales a nivel
experimental.Centrales que aprovechan el movimiento de las
olas. Este tipo de central es objeto de
investigación desde la década de los 80. A
inicios de agosto de 1995, el "Ocean Swell Powered
Renewable Energy (OSPREY)" construyó la primera
central que utiliza la energía de las olas en el
norte de Escocia. La potencia de esta central es de 2 MW.
Lamentablemente fue destruida un mes más tarde por
un temporal.
Los tipos de turbinas qué hay son Francis,
Turgo, Kaplan y Pelton. Para la transformación de la
energía mecánica en energía
eléctrica.5.3- Aspectos Generales de una
HidroeléctricaEl emplazamiento
Dado que, normalmente, el caudal de los ríos
no asegura una aportación regular de agua, la
construcción de una central hidroeléctrica
requiere del embalse previo del agua , en una presa. Se forma
así un lago artificial en el que puede generarse un
salto a partir del cual se libera la energía potencial
de la masa de agua, que se transforma posteriormente en
energía eléctrica.El emplazamiento de una central
hidroeléctrica viene condicionada lugar, por las
peculiaridades orográficas del terreno. No obstante,
existen dos modelos
básicos: el aprovechamiento por derivación de
las aguas y el aprovechamiento acumulación.Aprovechamiento por
derivaciónEn este primer caso, las aguas del río se
desvían mediante la construcción de una
pequeña presa hacia un canal que las conduce hasta un
depósito, la cámara de carga procurando que la
pérdida de nivel sea mínima.Aprovechamiento por
acumulaciónEn las centrales de aprovechamiento por
acumulación se construye una presa a altura
determinada, en un tramo del río que presenta un
desnivel apreciable. De esta manera, el nivel del agua se
sitúa en un punto cercano al extremo superior de la
presa. Para aprovechar el volumen de
embalse de ¡a cota superior, a medía altura se
emplaza la toma de aguas; en la base inferior se sitúa
el sistema de turbina-alternador5.4- Funcionamiento de una central
hidroeléctrica: componentes principalesLa presa
Se trata de un elemento esencial en los
aprovechamientos hidráulicos. Existen dos grandes
tipos de presas, las de gravedad y las de bóveda. En
el primer caso, el propio peso del muro de la presa sirve
para contener el agua. En las presas de bóveda, Li
contención de las aguas se consigue mediante el empuje
que ejercen los dos extremos del arco formado por la presa
sobre las paredes laterales de la roca.Aliviaderos
En la pared principal de la presa existen puntos
donde parte del agua retenida se ¡ibera sin necesidad
de que pase previamente por la sala de máquinas, donde
se localiza el sistema de turbina-alternador Los aliviaderos
entran en funcionamiento cuando se producen grandes avenidas
en el río o para asegurar las necesidades del
riego.La salida del agua por los aliviaderos se regula
gracias a la presencia de grandes puertas metálicas.
La energía de caída del agua ha de ser disipada
para evitar cause daños en su caída a los
terrenos emplazados aguas abajo de la presa. La
instalación de cuencos de amortiguación permite
guiar la corriente.Tomas de agua
Se sitúan en la pared anterior de la presa,
la que da al embalse. Desde las agua parten diversas
conducciones que se dirigen hacia las turbinas. Unas
compuertas permite regular el volumen de agua que llega a la
sala de máquinas otra parte, la existencia de rejillas
metálicas impide el acceso de elementos tales como
troncos o ramas, que podrían dañar la
maquinaria. Desde la toma de agua pasa a una tubería
forzada que atraviesa el cuerpo de la presa y con hacia las
máquinas de la central. En el interior de la
tubería, el agua transforma la energía
potencial en cinética, es decir, adquiere
velocidad.La sala de máquinas: turbina y
alternadorLa turbina y el alternador son los mecanismos
esenciales de la central hidroelélectrica. Cuando el
agua llega a las máquinas, actúa sobre los
alabes de la turbinas,—girar el rodete y perdiendo
energía. El rodete de la turbina permanece unido al
rotor del alternador, que, al girar con los polos excitados
por una corriente induce una corriente alterna en las bobinas
del estator del alternador. Cuando ha cedido su
energía, es restituida nuevamente al río, aguas
abajo de la instalación. Unido al eje de la turbina y
el alternador gira un generador de corriente empleado para
excitar los polos del rotor del alternador. De esta manera,
en los terminales del estator aparece una corriente alterna
de media tensión y alta intensidad. Mediante un
transformador esta corriente altera sus propiedades y pasa a
ser alta tensión y baja intensidad. Se encuentra ya
disponible para ser transportada mediante líneas de
alta tensión hacia los centro de distribución y
consumo5.5- Turbina hidráulica
Una turbina hidráulica es una
turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha
la energía de un fluido que pasa a través de
ella para producir un movimiento de rotación que,
transferido mediante un eje, mueve directamente una
máquina o bien un generador que transforma la
energía mecánica en eléctrica,
así son el órgano fundamental de una Central
hidroeléctrica.Clasificación.
Por ser turbomáquinas siguen la misma
clasificación de estas, y pertenecen, obviamente, al
subgrupo de las turbomáquinas hidráulicas y al
subgrupo de las turbomáquinas motoras. En el
lenguaje común de las turbinas hidráulicas
se suele hablar en función de las siguientes
clasificaciones:De acuerdo al cambio de presión
en el rodete o al grado de reacciónTurbinas de acción: Son aquellas
en las que el fluido de trabajo no sufre un
cambio de presión importante en su paso a
través de rodete.Turbinas de reacción: Son aquellas
en las que el fluido de trabajo si sufre un
cambio de presión importante en su paso a
través de rodete.
Para clasificar a una turbina dentro de esta
categoría se requiere calcular el grado de
reacción de la misma. Las turbinas de acción aprovechan únicamente la
velocidad del flujo de agua, mientras que las de
reacción aprovechan además la pérdida de
presión que se produce en su interior.De acuerdo al diseño del
rodeteEsta clasificación es la más
determinista, ya que entre las distintas de cada género
las diferencias sólo pueden ser de tamaño,
ángulo de los àlabes o cangilones, o de otras
partes de la turbomáquina distintas al rodete. Los
tipos más importantes son:Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que
tienen la particularidad de poder variar el ángulo
de sus palas durante su funcionamiento. Están
diseñadas para trabajar con saltos de agua
pequeños y con grandes caudales.(Turbina de
reacción)Turbina Hélice: son exactamente
iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de
estas, no son capaces de variar el ángulo de sus
palas.Turbina Pelton: Son turbinas de flujo
transversal, y de admisión
parcial. Son resultado directo de la
evolución de los antiguos molinos de agua, y en
vez de contar con álabes o palas si dice que tiene
cucharas. Están diseñadas para
trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con
caudales pequeños.(Turbina de
acción)Turbina Francis: Son turbinas de flujo
mixto y de reacción. Existen alguno diseños
complejos que son capaces de variar el ángulo de
sus álabes durante su funcionamiento. Están
diseñadas para trabajar con saltos de agua medios
y caudales medios.
5.6- Centrales Minihidraulicas
Minihidraulica
Las centrales hidroeléctricas con potencia
inferior a 10 MW se denominan centrales
minihidráulicas. La energía
minihidráulica sí se considera, sin embargo,
como una energía renovable ya que los sistemas de
distribución y gestión empleados son diferentes
a los de las centrales de elevada potencia y su impacto
ambiental es mucho más reducido. Para la
obtención de energía minihidráulica no
siempre es necesario incluir una presa en la
instalación y si esta existe no debe superar los 15
metros de altura.A principios del siglo XX se construyeron numerosas
centrales minihidráulicas para abastecer a
pequeños municipios o industrias, aunque en el
último cuarto de siglo éstas se sustituyeron
por otras centrales de mayor tamaño y con mayor poder
de distribución. Actualmente se está intentando
volver a poner en marcha antiguas instalaciones,
además de implantar otras nuevas, ya que están
demostradas las ventajas de carácter medioambiental de este tipo de
instalaciones.Las instalaciones minihidráulicas contribuyen
a la diversificación de las fuentes, permiten el
acercamiento al usuario, convirtiendo la energía en un
recurso gestionado de manera local, y dan servicio a
zonas aisladas, como en el caso de las microcentrales, de
escaso impacto ambiental y múltiples posibilidades de
localización.La tecnología empleada en todos estos
procesos
es ya una tecnología madura debido a su larga
trayectoria por lo que a nivel técnico no se esperan
novedades importantes, lo que aporta seguridad
y conocimiento en su aplicación. Nuestro
país cuenta con un gran número de empresas que
disponen a tecnología moderna que ofrece en el mercado
una amplia gama de bienes de
equipo de alta calidad y
prestaciones, que van incorporando los
últimos avances
tecnológicos para incrementar los rendimientos,
disminuir los costes y el impacto ambiental.Funcionamiento y clasificación de las
centrales minihidráulicasLa energía hidráulica se obtiene a
partir de la energía cinética y potencial
generada por una corriente de agua al salvar el desnivel
existente entre dos puntos. Esta energía se transforma
en energía eléctrica por medio de turbinas que
se mueven debido a la masa de agua que pasa por su interior.
Las turbinas transmiten la potencia mecánica de su
rotación mediante un eje a un generador de
electricidad o alternador.La potencia de una instalación se determina
mediante el producto
del caudal de agua por el salto o desnivel que salva el
curso. Las centrales minihidráulicas se localizan
normalmente en lugares de caudales moderados y saltos
pequeños.Los tipos de centrales minihidráulicas se
pueden definir en base a criterios de funcionamiento o de
potencia.Según la forma en la que se recibe y se
produce la acumulación del agua se pueden clasificar
en:Centrales de agua fluente: Son centrales que
no disponen de ningún tipo de regulación por lo
que el caudal varía en función del
régimen hidrológico anual.Centrales de flujo regulado: Son aquellas en
las que se puede regular el agua a través de un
depósito de regulación diario, semanal o
mensual. Se destinan a usos hidroeléctricos o a otros
fines (riego o abastecimiento) estando localizadas aguas
abajo de los embalses.Graduándolas según la potencia
producida se pueden distinguir los siguientes tipos de
centrales:Pico centrales: Potencia < 5 kW
Micro centrales: Potencia< 100
kWMini centrales: Potencia< 1.000
kWPequeñas centrales: Potencia<
10.000 kWPara proceder a la Instalación de una central
minihidráulica se tienen que seguir una serie de
pautas que determinarán su viabilidad. A
continuación pasamos a enumerarlas:Elección del lugar basándose en la
disponibilidad del territorio y la accesibilidad al
mismo, teniendo en cuenta que la accesibilidad es
inversamente proporcional al impacto
ambiental.Determinación del caudal de agua
(litros/s) y el salto disponible (m) para poder
determinar el cálculo de la potencia
teórica de la que vamos a disponer, en todo caso
menor de 10 MW.Tramitación de autorizaciones y permisos
necesarios.Estudio de viabilidad económica de la
instalación.Construcción e
implementación.Gestión y mantenimiento efectivo,
protegiendo las calidades ambientales del sistema
fluvial.
Aplicaciones de la energía
minihidráulicaLos sistemas minihidráulicos pueden aplicarse
en todos aquellos lugares donde exista un curso de agua y un
cierto desnivel. Los sistemas de potencia más reducida
son los de implantación más sencilla, y con
menor impacto ambiental, y sirven principalmente para
abastecer a zonas aisladas donde existen dificultades para
acceder a la red eléctrica general.Se pueden distinguir dos tipos de sistemas
según su relación con la red
eléctrica:Sistemas aislados: Son sistemas no conectados
a la red eléctrica general siendo habitualmente
picocentrales para autoabastecimiento con consumo
reducido.Sistemas conectados:Son sistemas conectados a
la red eléctrica general con potencia al menos de
microcentral en los que se cede la energía sobrante
del autoconsumo a la red.5.7- Ventajas Y Desventajas de la Energía
HidráulicaVentajas
La energía hidroeléctrica en general,
y su uso en particular, presenta ciertas ventajas sobre otras
fuentes de energía, como son :Disponibilidad: Es un recurso inagotable,
en tanto en cuanto el ciclo del agua perdure.
"No contamina" (en la proporción
que lo hacen el petróleo, carbón, etc.):
Nos referimos a que no emite gases "invernadero" ni
provoca lluvia ácida, es decir, no contamina la
atmósfera, por lo que no hay que emplear costosos
métodos que limpien las emisiones de gases.
Produce trabajo a la temperatura
ambiente: 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.Almacenamiento de agua para regadíos
Permite realizar actividades de recreo (remo,
bañarse, etc)Evita inundaciones por regular el
caudal
Desventajas
Sin embargo, también tiene una serie de
inconvenientes :Las presas: obstáculos
insalvables. Salmones y otras especies que tienen que
remontar los ríos para desovar se encuentran con
murallas que no pueden traspasar."Contaminación" del agua. El agua
embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases
disueltos, temperatura, nutrientes, y demás
propiedades del agua que fluye por el
río.Privación de sedimentos al curso
bajo. Los sedimentos se acumulan en el embalse
empobreciéndose de nutrientes el resto de
río hasta la desembocadura.
5.8- Centrales Hidroeléctricas en el Mundo
(Graficas)Algunos datos
comparativos sobre disponibilidad, producción y
consumo de energía hidroeléctrica:Energía
MareomotrizLas mareas son oscilaciones periódicas del
nivel del mar. Es difícil darse cuenta de este
fenómeno lejos de las costas, pero cerca de
éstas se materializan, se hacen patentes por los
vastos espacios que periódicamente el mar deja al
descubierto y cubre de nuevo.La energía mareomotriz se debe a las fuerzas de
atracción gravitatoria entre la Luna, la Tierra y el
Sol. La energía mareomotriz es la que resulta de
aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura en
media de los mares según la posición relativa
de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción
gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas
de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede
aprovecharse interponiendo partes móviles al
movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto
con mecanismos de canalización y depósito, para
obtener movimiento en un eje.Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar
el sistema para la generación de electricidad,
transformando así la energía mareomotriz en
energía eléctrica, una forma energética
más útil y aprovechable. Es un tipo de
energía renovable limpia.La energía mareomotriz tiene la cualidad de ser
renovable, en tanto que la fuente de energía primaria
no se agota por su explotación, y es limpia, ya que en
la transformación energética no se producen
subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o
sólidos. Sin embargo, la relación entre la
cantidad de energía que se puede obtener con los
medios actuales y el coste económico y ambiental de
instalar los dispositivos para su proceso han impedido una
proliferación notable de este tipo de
energía.La energía estimada que se disipa por las
mareas es del orden de 22000 TWh. De esta energía se
considera recuperable una cantidad que ronda los 200
TWh.El obstáculo principal para la
explotación de esta fuente es el económico. Los
costes de inversión tienden a ser altos con respecto
al rendimiento, debido a las bajas y variadas cargas
hidráulicas disponibles. Estas bajas cargas exigen la
utilización de grandes equipos para manejar las
enormes cantidades de agua puestas en movimiento. Por ello,
esta fuente de energía es sólo aprovechable en
caso de mareas altas y en lugares en los que el cierre no
suponga construcciones demasiado costosas.La limitación para la construcción de
estas centrales, no solamente se centra en el mayor coste de
la energía producida, si no, en el impacto ambiental
que generan.6.1- Historia
Belidor, profesor
en la escuela de
Artillería de La Fère (Francia),
fue el primero que estudió el problema del
aprovechamiento de la energía cinética de las
mareas, y previó un sistema que permitía un
funcionamiento continuo de dicha energía, empleando
para ello dos cuencas o receptáculos
conjugados.La utilización de las mareas como fuente de
energía montaba varios siglos. Los ribereños de
los ríos costeros ya habían observado
corrientes que hacían girar las ruedas de sus molinos,
que eran construidos a lo largo de las orillas de algunos
ríos del oeste de Francia y otros países en los
cuales las mareas vivas son de cierta intensidad. Aún
pueden verse algunos de estos molinos en las costas normandas
y bretonas francesas. Los progresos de la técnica
provocaron el abandono de máquinas tan sencillas de
rendimiento, hoy escaso.Las ideas de Belidor fueron recogidas por otros ingenieros
franceses que proyectaron una mareomotriz en el estuario de
Avranches, al norte y a 25 Km. De Brest basándose en
construir un fuerte dique que cerrase el estuario y utilizar
la energía de caída de la marea media,
calculando las turbinas para aprovechar una caída
comprendida entre 0,5 y 5,6 metros. Los estudios para este
proyecto
estaban listos a fines de 1923, pero el proyecto fue
abandonado.Otros proyectos se estudiaron en los Estados Unidos para
aprovechar la energía de las mareas en las
bahías de Fundy y otras menores que se abren en ella,
en las cuales las mareas ofrecen desniveles de hasta 16,6
metros. En la Cobscook se construyo una mareomotriz de
rendimiento medio, lo cual duró durante pocos
años, pues su rendimiento resultaba mas caro que las
centrales termoeléctricas continentales.Las teorías expuestas por Belidor en su
Tratado de Arquitectura
hidráulica (1927) quedaron en el aire; pero la idea de
aprovechar la enorme energía de las mareas no fue
jamás abandonada del todo; solo cuando la
técnica avanzo lo suficiente, surgió un grupo
de ingenieros que acometió el proyecto de resolver
definitivamente el problema.La primera tentativa seria para el aprovechamiento de la
energía de las mareas se realiza actualmente en
Francia, precisamente en el estuario de Rance, en las costas
de Bretaña. Solo abarca 2.000 ha , pero reúne
magnificas condiciones para el fin que se busca; el nivel
entre las mareas alta y baja alcanza un máximo de 13,5
metros, una de las mayores del mundo. El volumen de agua que
entrara en la instalación por segundo se calcula que
en 20.000 m3. , cantidad muy superior a la que arroja al mar
por segundo el Rin. Su coste será de miles de millones
de francos; pero se calcula que rendirá anualmente mas
de 800 millones de kv/h. Un poderoso dique artificial que
cierra la entrada del estuario; una esclusa mantiene la
comunicación de éste con el mar y asegura
la navegación en su interior.Todos los elementos de la estación mareomotriz
– generadores eléctricos, máquinas
auxiliares, las turbinas, los talleres de reparación,
salas y habitaciones para el personal
director y obreros-, todo está contenido, encerrado
entre los muros del poderoso dique que cierra la entrada del
estuario. Una ancha pista de cemento
que corre a lo largo de todo él.La mayor central mareomotriz se encuentra en el
estuario del Rance (Francia). Los primeros molinos de marea
aparecieron en Francia, en las costas bretonas, a partir del
siglo XII. El molino se instalaba en el centro de un dique
que cerraba una ensenada. Se creaba así un embalse que
se llenaba durante el flujo a través de unas
compuertas, y que se vaciaba en el reflujo, durante el cual,
la salida del agua accionaba la rueda de paletas. La
energía sólo se obtenía una vez por
marea. Si se ha tardado tanto tiempo en pasar de los sistemas
rudimentarios a los que hoy en día conocemos, es
porque, la construcción de una central mareomotriz
plantea problemas importantes, requiriendo sistemas
tecnológicos avanzados.También Gran
Bretaña proyectó construir una central mareo
motriz, en el estuario de del río Severn, pero este
proyecto un obtuvo un gran rechazo social por el impacto al
ecosistema.6.2- Funcionamiento
Este movimiento de ascenso y descenso de las aguas
del mar se produce por las acciones
atractivas del Sol y de la Luna. La subida de las aguas se
denomina flujo, y el descenso reflujo, éste más
breve en tiempo que el primero.. Los momentos de
máxima elevación del flujo se denomina pleamar
y el de máximo reflujo bajamar.La amplitud de mareas no es la misma en todos los
lugares; nula en algunos mares interiores, como en el Mar
Negro, entre Rusia y
Turquía; de escaso
valor en el Mediterráneo, en el que solo alcanza
entre 20 y 40 centímetros, es igual débil en el
océano Pacífico. Por el contrario, alcanza
valor notable en determinadas zonas del océano
Atlántico, en el cual se registran las mareas
mayores.Pero aún la supera la marea en determinados
lugares, tales como en las bahías de Fundy y
Frobisher, en Canadá (13,6 metros), y en algunos
rincones de las costas europeas de la Gran Bretaña, en
el estuario del Servern (13,6 metros), y de Francia en las
bahías de Mont-Saint-Michel (12,7 metros) y el
estuario de Rance (13 metros).El agua podría ser atrapados o retenidos
dentro de estructuras hechas especialmente durante la
marea alta. Un embalse de agua de contención llama una
laguna de mareas se construye. La laguna se llena con el agua
como la marea llega hasta el depósito.
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