Energía Hidroeléctrica

¿Qué es la Energía Hidroeléctrica?

La energía hidroeléctrica aprovecha el movimiento del agua para convertirlo en corriente eléctrica comercial. La primera vez que esto se hizo fue en Northumberland (Gran Bretaña) en 1880 y es una tecnología que se sigue aprovechando en la actualidad con pocas modificaciones.

El funcionamiento es sencillo, convierte la energía potencial del agua a cierta altura en energía eléctrica. Se permite la caída del fluido y la energía potencial se convierte en cinética alcanzando gran velocidad en el punto más bajo; en este punto se le hace pasar por una turbina y provoca un movimiento rotatorio en un generador que a su vez se convierte en energía eléctrica de tensión y frecuencia desordenadas. Una vez extraída la energía eléctrica el agua se devuelve al río para su curso normal, pudiéndose aprovechar de nuevo para obtener energía eléctrica aguas abajo o para el consumo humano.

Denominamos turbina a la máquina que se emplea para transformar energía mecánica en energía eléctrica, aunque inicialmente esta será desordenada, no comercial. Hay dos tipos fundamentales de turbinas para aprovechar la energía hidráulica, turbina Pelton y Francis-Kaplan; la primera se utiliza en el caso de saltos superiores a 200 metros y pequeños caudales, normalmente para presas situadas en zonas de alta montaña; las segundas son más indicadas en el caso de saltos menores.

Esta energía eléctrica se va a convertir en energía eléctrica comercial utilizando primero un transistor y posteriormente un alternador. La energía eléctrica así obtenida está en alta tensión, varios miles de voltios, y a frecuencia comercial, en España a 50 Hz. Los cables de alta tensión van a trasladar a la energía eléctrica por el país llegando a nuestras viviendas a tensión comercial, 230 V en corriente monofásica y 400 V en trifásica. El cambio de alta a baja tensión se realiza en transformadores.

Para aprovechar la energía hidroeléctrica necesitamos agua estancada en un embalse o presa situada a una altura por encima del cauce habitual del río; se llama salto de agua a la diferencia de altura entre el nivel superior e inferior. La ventaja principal respecto a otras renovables es que el caudal de agua puede ser controlado, de forma que en el momento de demanda eléctrica dejaremos fluir el líquido generando energía; en el caso que no exista esta demanda mantendremos cerradas las compuertas hasta que vuelva a existir demanda; este es una ventaja respecto a la energía eólica ya que de momento en ésta no se resuelve el problema del almacenamiento.

La energía hidroeléctrica es un recurso natural especialmente indicado para zonas lluviosas o por las que circulan ríos caudalosos; es recomendable que estos ríos tengan cauces poco variables aunque en el caso de ríos con caudales oscilantes se pueden usar los embalses para el almacenamiento de agua en tiempos de sequía.

El principal problema que presentan es que la generación de energía hidroeléctrica necesita invertir grandes sumas de dinero por lo que en regiones donde abundan petróleo o carbón no suele ser competitiva; otro inconveniente es que la construcción implica un gran impacto ambiental al ser necesaria la inundación de valles y desplazamiento de población; también debemos señalar que se modifican las condiciones físicas y químicas del río como salinidad, temperatura, nutrientes… ya que el agua embalsamada altera las condiciones naturales del río. Algunas especies como salmones necesitan desovar aguas arriba de la presa; para facilitar esto se construyen canales biológicos.

Citamos anteriormente que la energía hidroeléctrica tiene su principal ventaja en la facilidad de ceder energía en los momentos de mayor demanda; otros puntos a su favor es que durante la explotación el impacto ambiental es mucho menor que en las energías fósiles (no produce gases de efecto invernadero ni contamina a la atmósfera), su explotación apenas requiere mantenimiento, el almacenamiento de agua también se puede utilizar para regadíos y se evitan inundaciones al poder regular el caudal.

¿Cómo son las centrales hidroeléctricas?

La mayoría de las centrales tienen agua embalsamada para la regulación de energía. De todas formas algunas apenas tienen reserva de agua, se denominan centrales de agua efluente. En este tipo de centrales la energía producida depende de las precipitaciones de esa estación; en las épocas más lluviosas desarrollan la potencia máxima, mientras que en el verano apenas producen energía.

Las centrales de agua embalsada pueden ser de dos tipos, de regulación o de bombeo. Necesitan de un embalse o pantano artificial que retiene el agua gracias a las presas, como se ha indicado antes. Las centrales de regulación son aquellas que tienen la posibilidad de almacenar agua que fluye en el río, siendo especialmente interesante para cubrir horas punta de consumo. Las centrales de bombeo se utilizan para acumular caudal, llegando a éstas mediante bombeo desde aguas abajo en el momento que existe exceso de energía; también se llaman centrales de acumulación.

Hoy en día la energía hidráulica es la primera de las renovables a la hora de producir energía eléctrica en el mundo. Si analizamos los datos de los países pertenecientes a la OCDE, entre los que se encuentran los más industrializados del mundo (EE.UU, Japón, Alemania, Canadá, Francia, Japón o Reino Unido). En el gráfico inferior vemos que la energía hidroeléctrica es la tercera fuente de energía primaria tras los combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo) y la energía nuclear. Se puede ver que la producción de energía hidroeléctrica supera de largo a la eólica y al resto de energías renovables.

 

País	Nuclear	Hidroeléctrica	Geotérmica, solar y eólica	Combustibles fósiles	Biomasa y residuos
OCDE	2230	1377	64	5753	151
Canadá	73	356	0	146	9
EEUU	800	272	20	2810	69
España	62	30	3	125	3
Francia	415	72	1	49	3
Japón	309	97	3	639	16
Noruega	0	142	1	0	0
Reino Unido	86	8	1	270	8
Italia	0	51	6	217	2
Corea del Sur	109	6	0	176	0
Otros países OCDE	376	343	29	1321	41
Tabla 1: Producción de electricidad en algunos países de la OCDE en 2000 (TWh)
Fuente: IEA/OECD

Los principales productores de energía hidroeléctrica en el mundo son, en este orden, Canadá, Brasil, EEUU y China. Si estudiamos la cuota en la producción eléctrica los primeros países en el mundo son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). En la actualidad las centrales eléctricas de mayor tamaño del mundo se encuentran en Itaipu (Brasil) y Gran Coulee (EEUU); otras grandes presas se encuentran en Syansk (Rusia), Krasnoyarsk (Rusia), Bratsk (Rusia), Sukhovo (Rusia) y Churchill (Canadá). Se está construyendo en China la Presa de las Tres Gargantas para la producción de energía eléctrica, que será la más grande del mundo cuando entre en funcionamiento, para lo que es necesario desplazar a más de un millón de personas de sus domicilios e inundar miles de hectáreas.

Fuente: El rincón de la Ciencia nº24