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Las centrales están destinadas para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda hidráulica. En general estas centrales aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto bruto. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual trasmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica. Sin embargo las centrales hidroeléctricas están muy condicionadas por la topografía, ya que las condiciones donde se desarrolla el flujo darán lugar ha diferentes soluciones constructivas. Para la realización de un aprovechamiento se establece una corriente de agua no uniforme y se modifica la forma de la superficie libre del agua del río antes y después de éste, tomando forma las llamadas curvas de remanso. El establecimiento de las curvas de remanso determina un nuevo salto bruto aprovechable de agua. Aunque existe una gran variedad de tipos de centrales hidroeléctricas convencionales, dado que las características orológicas del emplazamiento de la central condicionan en gran medida su diseño, podrían ser reducidos a tres modelos básicos.

Tipos de centrales hidroeléctricas:

El primer tipo siguiendo la imagen 1, denominado centrales de agua fluyente, consiste en esencia en derivar el agua de un río mediante un embalse pequeño o azud hasta una toma de agua y conducirla, por medio de un canal en camino libre de manera que conserve su energía potencial. En un determinado punto se dirige el agua hacia una cámara de presión , de la que arranca una tubería forzada que conduce el agua hasta la sala de máquinas de la central . La energía liberada a causa del desnivel existente entre los extremos de dicha tubería es transformada, mediante grupos turbina-alternador, en energía eléctrica. Posteriormente, el agua es restituida al río aguas abajo utilizando un canal de descarga . Este tipo de central se llama

fluyente porque no permite almacenar la energía, turbinando como máximo el caudal del proyecto.

1. Figura: Central de agua fluyente

Por su parte, el segundo sistema de aprovechamiento como se puede ver en la imagen 2, de tipo central con embalse de regulación, consiste en construir, en un tramo de un cauce que ofrece un desnivel apreciable, una presa de determinada altura. El nivel del agua alcanzará, entonces, un punto sensiblemente cercano al extremo superior de la presa. A media altura de la misma, para aprovechar el volumen de embalse a cota superior, se encuentra la toma de aguas ; y en la base inferior, aguas abajo de la presa; la sala de máquinas , que aloja el grupo turbina- generador. La energía liberada por el agua al caer por una conducción forzada del interior de la presa es transformada, mediante dicho grupo, en energía eléctrica. Finalmente el agua es reconducida al cauce mediante un canal de salida . Las presas de embalse de regulación

pueden construirse de múltiples maneras, por mencionar algunas soluciones tenemos, presas de gravedad, en arco, de contrafuertes, etc.

2. Figura: Central con embalse de regulación

Existe un tercer esquema que es la central reversible, este tipo es de central hidroeléctrica es en si misma una singularidad. Consistente en regular la demanda energética bombeando agua hasta una altura superior en los momentos de escaso consumo. De esta forma se recupera energía que se podrá emplear cuando sea necesario, turbinando de nuevo esa agua bombeada. Se tienen centrales en las que la máquina funciona como bomba y turbina ó centrales en las que se tienen por separado ambas máquinas. Para conseguir operar este tipo de centrales resulta necesaria la existencia de dos embalses para realizar las tareas de transformación energética. Las centrales reversibles contribuyen a la optimización económica en la explotación de un sistema eléctrico. A pesar de que en un ciclo bombeo-turbinado se producen unas pérdidas energéticas de cierta importancia, del orden del 30%, en términos económicos, esas pérdidas suelen ser menores que la relación de costes de generación entre las horas punta y valle.

Aunque existen multitud de clasificaciones de las centrales hidroeléctricas, la designación anterior da a conocer las soluciones más generales en cuanto a las obras civiles de estas instalaciones. Sin embargo en el diseño de turbinas hidráulicas, esta designación no resulta adecuada para conocer las condiciones de salto y caudal, así como dimensiones y posición del grupo turbina- generador. Para tener mas datos de los que se puedan extraer pautas de diseño se debe hacer una clasificación en función de la altura de salto, o presiones. Ya que la altura es un parámetro fundamental para definir las características de las maquinas hidráulicas, luego en la tabla 3 tenemos las diferencias entre las alturas de salto:

Característica Saltos de pequeña altura

Saltos de mediana

altura Saltos de gran altura Topografía Terreno llano ó ligeramente ondulado Terreno suavemente ondulado Terreno montañoso (a veces suavemente ondulado) Importancia del caudal con respecto

a la altura

Grande Media Pequeña

Embalse

Sin embalse ó con reserva diaria; presa

a través del cauce

Presa y reserva diaria o semanal en el mismo cauce Embalse anual ó hiperanual Llegada de agua a la central Central de agua fluyente (a veces canal de derivación) Canal de derivación (a veces central de agua fluyente) Canal de derivación ó túnel y central a pie

de presa

Tipo de central

Canal de llegada; sala de maquinas; subestructura

Canal de llegada; tubería forzada; Sala

de máquinas; subestructura Chimenea de equilibrio; tubería forzada; sala de máquinas; subestructura

Tipo de turbina Kaplan, hélice, bulbo,

Francis exprés

Francis normal, excepcionalmente

Kaplan

Francis lenta, Pelton

Tamaño de turbina Turbinas grandes Turbinas medianas Turbinas pequeñas

Eje de la turbina Corrientemente eje vertical Corrientemente eje horizontal

Coste de la central /

Kw instalado Alto Medio Bajo

3. Tabla: Características de centrales

De la clasificación anterior se pueden extraer las siguientes conclusiones. Las centrales de agua fluyente están destinadas principalmente a cauces de gran caudal y pequeñas alturas, por lo que su ubicación será en las zonas mas bajas de las cuencas. También se comprueba la dependencia de las turbinas hidráulicas respecto a la posición en el cauce, es por ello que los costes de la central se encarecen cuando existen pequeñas variaciones de altura; ya que se debe alcanzar diferencias de nivel mediante alguna solución técnica. Esto resulta un inconveniente ya que las turbinas para este tipo de instalaciones resultan voluminosas. El tamaño de las turbinas depende de la cantidad de caudal que opera en las mismas, por lo que el diámetro de las maquina es elevado; y esto conlleva grandes movimientos de tierras. Estas pautas se desarrollan en centrales hidroeléctricas de gran envergadura, pero en las centrales de mini hidráulica, estos conceptos tienen algunos cambios para adaptarse a la situación económica como técnica.

Energía mini hidráulica, singularidad de las centrales convencionales:

La aparición de esta nueva tendencia en construcción de centrales hidroeléctricas, fue motivada por la crisis energética de 1973 y 1979. Originada por la brusca subida de los precios del petróleo, propició el desarrollo de los recursos renovables autóctonos e inextinguibles, en contraposición a los recursos fósiles, limitados en el espacio y en el tiempo. Más tarde, cuando las predicciones

acerca del agotamiento de los recursos fósiles resultaron ser excesivamente pesimistas, la preocupación general por el fenómeno del calentamiento global del planeta, en los procesos de generación de energía eléctrica con combustibles fósiles, y las incertidumbres planteadas por el futuro de los residuos nucleares, volvieron a poner de relieve las ventajas de generar electricidad con recursos renovables. Ahora bien, así como los aprovechamientos hidroeléctricos convencionales, en los que la importancia de la obra civil y la necesaria inundación de grandes áreas para embalsar el agua y crear la necesaria altura de salto, dan lugar a importantes impactos en el entorno, los pequeños aprovechamientos, se integran fácilmente en el ecosistema más sensible si están bien diseñados. La flexibilidad de estas instalaciones permite el aprovechamiento de infraestructuras operativas como son canales de riego, represas, etc. De tal forma que la propia obra civil desde sus inicios comienza a reducir costes. La pregunta que resulta de lo anterior es, ¿Cuándo se puede hablar de una mini central hidroeléctrica?

En principio el término mini hidráulica resulta en una definición difusa ya que la acotación que realizan diferentes países de la unión europea es muy variada. En España se denomina mini centrales hidroeléctricas a las centrales hidroeléctricas de pequeña potencia, menores de 10 Mw, y se tratan aparte porque tienen un ordenamiento administrativo y económico llamado de “Régimen Especial”, distinto al de las centrales hidroeléctricas clásicas de mayor potencia. El Régimen Especial como se vera de forma escueta es una acotación legal, pero técnicamente una central convencional no muestra diferencias respecto una mini central hidráulica.