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18/08/2020 News

El agua y la generación de electricidad

Central hidroeléctrica
Central hidroeléctrica

La electricidad se produce en las centrales eléctricas, instalaciones donde una turbina movida por agua, vapor o viento, transmite su energía mecánica a un generador eléctrico a través de un eje giratorio. El generador transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Al conjunto se le denomina grupo generador. El nombre de los diferentes tipos de centrales eléctricas depende de la energía primaria que utilizan. Las más importantes son las centrales hidráulicas, térmicas (de carbón y de gas), nucleares, de cogeneración, eólicas y solares. En el caso de los parques solares fotovoltaicos, el principio de producción de la electricidad es completamente diferente, ya que el material semiconductor de las células fotovoltaicas transforma la luz del sol directamente en energía eléctrica.

En España peninsular se producen anualmente en torno a 250.000 GWh de electricidad. En la Figura 1 puede observarse el importante protagonismo en el mix energético de la energía eólica, pero también de las centrales nucleares, térmicas e hidráulicas.

Figura 1. Energía producida por tipos de generación desde 2010 hasta 2019 en España peninsular. Datos tomados de Red Eléctrica de España S.A., Informe del Sistema Eléctrico Español 2019.

La energía procedente de centrales hidroeléctricas es muy variable de un año a otro, dependiendo de las reservas hídricas y la pluviometría anual. Así, en 2019 la electricidad procedente de estas centrales solo representó el 10% de la producción total de electricidad, como se observa en la Figura 2. Algunos años este valor se ha reducido hasta el 7% y en otros se ha superado el 15%.

Figura 2. Energía producida en centrales hidroeléctricas desde 2010 hasta 2019 en España peninsular. Datos tomados de Red Eléctrica de España S.A., Informe del Sistema Eléctrico Español 2019.

Las centrales hidroeléctricas utilizan un recurso renovable para la producción de electricidad, el agua. Sin embargo, es preciso tener en cuenta que su construcción puede tener un notable impacto para el medio ambiente. En la mayoría de los casos están alejadas de las grandes zonas de consumo, ya que su lugar de emplazamiento está supeditado a la disponibilidad de agua y a la configuración del terreno. El agua almacenada y encauzada a través de tuberías hacia la central desarrolla energía cinética en su descenso y acciona directamente las máquinas motrices, que en estas centrales son turbinas hidráulicas. Son centrales rentables ya que, aunque el coste de construcción es elevado, los gastos de explotación y mantenimiento son relativamente bajos.

Las centrales hidráulicas o hidroeléctricas se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios.

Centrales de agua fluyente

Este tipo de centrales cuentan con reserva de agua y la potencia eléctrica obtenida es variable en función del caudal. Suelen construirse en el curso de un río o un canal, formando una pequeña presa sobre el cauce de los ríos para mantener un desnivel constante en la corriente del agua.

Centrales de agua embalsada

Si por el contrario están construidas al pie de una presa, se denominan de agua embalsada.  En este tipo de centrales, el agua proviene de lagos naturales o de pantanos artificiales, y se dirige a través de conductos hacia las turbinas.

Entre las centrales hidroeléctricas de agua embalsada se puede distinguir entre:

  • Centrales de regulación: Las centrales de regulación embalsan agua durante determinados espacios de tiempo (por ejemplo durante las noches) y la turbinan en las horas punta del sistema eléctrico o bien cuando la empresa generadora obtiene un mayor beneficio económico por la venta de la producción de electricidad en el mercado eléctrico.
  • Centrales de bombeo: En las centrales hidroeléctricas de bombeo  existen dos embalses situados a diferentes alturas. Así, en las horas de mayor demanda (horas punta), la central hidroeléctrica turbina el agua desde el embalse superior, quedando retenida en el embalse inferior tras su paso por la central. Cuando la demanda de energía es menor (durante las horas valle), se bombea agua del embalse inferior hasta el superior, acumulando así energía potencial que podrá ser de nuevo aprovechada en los periodos de mayor demanda. Este proceso de obtención de energía eléctrica y de acumulación de energía potencial se lleva a cabo gracias al uso de grupos moto-bomba o de turbinas reversibles. De esta forma, estas centrales permiten el almacenamiento de energía, si bien se produce una pérdida aproximada del 25% de la energía cuando se turbina y de nuevo otro 25% cuando se bombea, por motivo de las pérdidas hidráulicas y eléctricas en las máquinas y en las conducciones.
    En relación con la altura del salto de agua, las centrales se clasifican en alta, media y baja presión. Las centrales de alta presión tienen salto hidráulico elevado (del orden de 200 metros o más), y caudales relativamente pequeños (por ejemplo 20 m3/s). Utilizan turbinas Pelton o Francis y reciben el agua a través de conducciones de gran longitud. Las centrales de media presión disponen de saltos hidráulicos de entre 20 y 200 m y desaguan caudales de hasta 200 m3/s por cada turbina. Normalmente utilizan turbinas tipo Francis o Kaplan. Las centrales de baja presión tienen un salto hidráulico pequeño (menor de 20 m) y caudales importantes (por ejemplo 300 m3/s). Las turbinas utilizadas son normalmente de tipo Kaplan.

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