La energía hidroeléctrica, también llamada hidroelectricidad, es la que se obtiene a partir de la acción de generadores. Los cuales se encargan de transformar la energía del agua que fluye libremente en energía del orden mecánico. A principios del siglo XXI, la energía hidroeléctrica se encontraba como la energía alterna y renovable que más se usaba a lo largo del planeta. Hasta hace 2 años, representaba más del 20% de la capacidad total de generación de energía del mundo.
En la acción de producir energía eléctrica, el agua se recolecta y se almacena en una elevación superior y se guía hacia abajo. Todo ello a través de túneles y compuertas, los cuales en su mayoría, son gigantescos, hasta una elevación inferior. La diferencia entre estas dos elevaciones se conoce como altura. Al final de su paso por las tuberías, el agua que cae hace girar las turbinas.
Los generadores son accionados a través de las turbinas, convirtiendo la energía mecánica que se produce por el movimiento del agua, en electricidad propiamente dicha. La utilización de transformadores es fundamental para que la tensión alterna pueda convertirse adecuadamente.
Esto para que puedan tener capacidad de generación en tensiones más altas. La transmisión a larga distancia, requiere de altas tensiones. Una central eléctrica es aquella instalación en donde se encuentran dichos generadores, turbinas y todo el equipo que produce esta energía.
¿De dónde se obtiene la energía hidroeléctrica?
La energía hidroeléctrica se obtiene a través de las centrales hidroeléctricas. Estas centrales están situadas en la mayoría de las veces, en represas que embalsan los ríos. Lo que permite elevar el nivel del agua detrás de ella y crear un dique tan alto como sea posible. La potencia que se puede obtener a partir de una masa de agua, depende de la altura a la que esté.
De modo tal que una edificación de gran altura, requiere de un volumen de agua más pequeño que una instalación de baja altura, para producir una cantidad de energía igual. En algunas represas, la casa de máquinas se construye en un flanco de la misma. Utilizándose una parte de esta como aliviadero, por el que se descarga el exceso de agua en épocas de crecida. En los casos en los que el río fluye por un desfiladero estrecho y escarpado, la central puede estar situada dentro de la propia represa.
En la mayoría de las zonas pobladas, la variación de la demanda de electricidad es considerable. Sobre todo, a distintas horas del día. Para equilibrar la carga de los generadores, a veces se construyen centrales hidroeléctricas de bombeo. Durante los periodos de menor demanda, parte de la energía extra disponible es abastecida en el generador que funciona como un motor. Haciendo funcionar la turbina para bombear el agua a un embalse elevado.
Luego, durante los periodos de máxima demanda, se deja que el agua baje de nuevo por la turbina y así, la energía eléctrica se sigue generando. Los sistemas de almacenamiento por técnicas de bombeo son eficientes. Además, ofrecen una solución de bajo coste a la hora de entregar las cargas máximas y satisfacer la demanda.
La energía hidroeléctrica se produce también desde represas en las costas
En algunas zonas costeras, hay instalaciones hidroeléctricas emplazadas para sacarle provecho a la subida y bajada de las mareas. Cuando sube la marea, el agua se embalsa en uno o varios depósitos. Cuando baja la marea, el agua de estos embalses se libera para accionar las turbinas hidráulicas y sus generadores eléctricos articulados. A esto se le conoce como energía mareomotriz.
El agua en caída es una de las tres principales fuentes de energía que se usan para la producción de energía eléctrica. Siendo las otras dos, los combustibles fósiles y los combustibles de origen nuclear. La energía hidroeléctrica dispone de muchas ventajas sobre las otras dos fuentes comunes de producción de energía.
Es una fuente de energía continuamente renovable debido a la naturaleza constante del ciclo hidrológico. No produce contaminación térmica. Sin embargo, algunas represas pueden producir metano por la descomposición de la vegetación bajo el agua. Pues bien, la energía hidroeléctrica es la fuente de energía preferida en las zonas con fuertes precipitaciones y con regiones montañosas.
Deben estar cerca de fuentes inagotables
Las cuales están cerca de los principales centros de carga, en términos razonables. Algunos grandes emplazamientos hidroeléctricos que se encuentran lejos de las centrales de carga, pueden tener un gran potencial como para justificar el desplazamiento de grandes y largas líneas de transmisión de alta tensión.
Las pequeñas centrales hidroeléctricas locales también pueden ser económicas. Sobre todo si combinan el almacenamiento de agua durante las cargas bajas, con la producción de electricidad durante el crecimiento de la demanda. Algunos de los daños ambientales que produce la energía hidroeléctrica, proceden de las represas asociadas.
Estas represas pueden interrumpir las migraciones de los peces que desovan, tales como el salmón. Además, pueden sumergir o desplazar permanentemente a las comunidades de flora, fauna y humanas. Esto a medida que los embalses se van llenando y alcanzan su altura máxima.
¿Cómo se obtiene la electricidad del agua?
Probablemente no lo sabías, pero las plantas hidroeléctricas y de carbón generan electricidad de maneras un tanto parecidas. Tal y como sucede en estas dos centrales, se necesita una fuente de energía para que una pieza, llamada turbina, empiece a trabajar. Estas turbinas son semejantes a las hélices, las cuales hacen que un eje comience a girar dentro de un generador de electricidad.
El cual es el motor que genera la electricidad. Una central eléctrica de carbón utiliza el vapor para hacer girar los álabes de la turbina. Mientras que una central hidroeléctrica utiliza el agua que corre hacia abajo para que la turbina pueda girar. Tal y como pensabas. los resultados son los mismos.
La teoría consiste en construir una represa en un río grande que tenga un gran desnivel. La represa almacena mucha agua detrás, en el embalse. Cerca de la parte inferior del muro de la represa está la toma de agua. En este caso, la gravedad hace que caiga por la tubería forzada dentro de la represa. Al final de la tubería forzada hay una turbina propulsora, que gira gracias al agua en movimiento.
Por ello, el eje de la turbina sube al generador, que produce la energía. Al generador se conectan líneas eléctricas que llevan la electricidad a tu casa y a donde se necesite. Del mismo modo, el agua sigue pasando por la hélice a través del canal de desagüe hasta el río, más allá de la represa.
Una turbina y un generador producen la electricidad
Para empezar a explicar este proceso, la energía mecánica proveniente del agua es convertida por una turbina hidráulica. Debido a este proceso, se obtiene electricidad a través de la transformación que hace un generador hidroeléctrico. Gracias a los estudios de Faraday, hoy en día se conoce muy bien el funcionamiento de un generador de este tipo.
Faraday descubrió que cuando un imán se mueve junto a un conductor, hace que fluya la electricidad. En un gran generador, los electroimanes se fabrican haciendo circular corriente continua. Todo ello a través de bucles de alambre enrollados alrededor de pilas de láminas de acero magnético.
A esto se le llama polos de campo y están articulados en el perímetro del rotor. A su vez, el rotor está unido al eje de la turbina, que puede girar a una velocidad constante. Cuando el rotor empieza a dar giros, hace que los electroimanes pasen por los conductores que están acoplados en el estator. De esta manera, logra que fluya la electricidad y se desarrolle una especie de tensión en los terminales de salida del generador.
¿Qué es el almacenamiento por bombeo?
El almacenamiento por bombeo es la reutilización del agua para los picos de demanda de electricidad. Esta demanda de energía hidroeléctrica no es “plana” y mucho menos, consistente a lo largo del día. La demanda sube y baja durante las 24 horas. A su vez, en las noches, hay menos demanda de electricidad en los hogares, las empresas y otras instalaciones.
Por ejemplo, en lugares cuya hora sean las 5 de la tarde de un caluroso fin de semana de agosto, se puede apostar que hay una gran demanda de electricidad para hacer funcionar millones de aparatos de aire acondicionado. Pero, 12 horas después, a las 5 de la mañana, no tanto.
Por ello, las plantas hidroeléctricas son más eficientes que las plantas nucleares y de combustibles fósiles a la hora de cubrir los picos de demanda de energía en periodos cortos. Una forma de hacerlo es mediante el almacenamiento por bombeo, que reutiliza la misma agua una y otra vez.
El almacenamiento por bombeo es un método para mantener el agua reservada para los periodos de máxima demanda de energía. Bombeando el agua que ya ha pasado por las turbinas, hacia una piscina de almacenamiento. La cual está situada por encima de la central eléctrica.
En un momento en el que la demanda de energía de las comunidades es baja, como por ejemplo en mitad de la noche. A continuación, el agua vuelve a fluir por las turbinas y generadores cuando la demanda es alta y se produce una gran carga en el sistema.
El agua se utiliza en los picos altos y se almacena en los picos bajos
El embalse actúa como una batería, almacenando energía en forma de agua cuando la demanda es baja y produciendo la máxima energía durante los periodos de máxima demanda diaria y estacional.
Una de las ventajas de la acumulación por bombeo es que las unidades de generación hidroeléctrica son capaces de ponerse en marcha rápidamente y de realizar ajustes rápidos en la producción.
A su vez, funcionan eficazmente cuando se utilizan durante una o varias horas. Como los embalses de acumulación por bombeo son relativamente pequeños, los costes de construcción suelen ser bajos en comparación con las instalaciones hidroeléctricas convencionales.
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Ventajas de la energía hidroeléctrica
Como sabrás, nada es perfecto en la Tierra. Eso incluye la producción de electricidad a través de la energía hidroeléctrica. Asimismo, las instalaciones de producción hidroeléctrica no son perfectas. Pues la construcción de una represa es muy costosa y puede tener efectos negativos sobre el medio ambiente y la ecología local. Pero la producción de energía hidroeléctrica tiene una serie de ventajas frente a la energía de combustibles fósiles.
Es una fuente de energía renovable
La electricidad generada por agua utiliza la energía del agua común, sin que su cantidad sea reducida, para producir electricidad. Por lo tanto, todos los aprovechamientos hidroeléctricos, de pequeño o gran tamaño, ya sean de pasada o de almacenamiento acumulativo, encajan en el concepto de energía renovable.
La energía hidroeléctrica hace factible la utilización de otras fuentes renovables.
Las plantas hidroeléctricas que funcionan a través de embalses que acumulan agua, tienen como ventaja una flexibilidad de operaciones. Muchas veces, envidiable. Esto se debe a que ante las fluctuaciones de la demanda, se puede responder con rapidez para proveer energía constante.
Esta misma flexibilidad y su enorme capacidad de almacenamiento, hace de las plantas hidroeléctricas un sistema eficiente y de baja inversión. Esto al momento de decantarse por energías renovables, tal es el caso de la energía eólica y solar.
Favorece la garantía de la energía y la estabilidad de los precios
El agua de los ríos es un recurso local que, al contrario que el petróleo o el gas natural, no está sujeto a las fluctuaciones del mercado internacional. Además, como fuente renovable de electricidad, su relación coste – beneficio, eficiencia, flexibilidad y fiabilidad ayudan a optimizar el uso de las centrales térmicas.
Contribuye al almacenamiento de agua potable
Los embalses de las centrales hidroeléctricas recogen el agua de lluvia, que puede utilizarse para el consumo o para el riego. Al almacenar el agua, protegen las capas freáticas contra el agotamiento y reducen la vulnerabilidad de las poblaciones a las inundaciones y las sequías.
La energía hidroeléctrica aumenta la estabilidad y la fiabilidad de los sistemas eléctricos
El funcionamiento de los sistemas eléctricos depende de fuentes de generación que sean rápidas y flexibles para satisfacer los picos de demanda. Además de mantener los niveles de tensión del sistema y restablecer el suministro de energía de forma rápida después de un apagón.
Por ello, la energía generada por las instalaciones hidroeléctricas puede introducirse en el sistema eléctrico más rápido que la de cualquier otra fuente de energía. Es por ello que la capacidad de los sistemas hidroeléctricos de alcanzar la máxima producción desde cero de forma rápida y previsible. Los hace excepcionalmente apropiados para hacer frente a las alteraciones del consumo y prestar servicios auxiliares al sistema eléctrico. Manteniendo así el equilibrio entre la oferta y la demanda de electricidad.
Ayuda a combatir el cambio climático
El ciclo de vida de la energía hidroeléctrica produce cantidades muy pequeñas de gases de efecto invernadero (GEI). Al emitir menos gases que las centrales eléctricas de gas, carbón o petróleo, este tipo de energía puede contribuir a retrasar el calentamiento global. Aunque sólo se ha desarrollado el 35% del potencial hidroeléctrico disponible. Hoy en día, la hidroelectricidad evita la emisión de gases de efecto invernadero correspondiente a la quema de más de seis millones de barriles de petróleo diarios a nivel planetario.
La energía hidroeléctrica ayuda a mejorar el aire que respiras
Las plantas hidroeléctricas no emiten contaminantes al aire. Con mucha frecuencia sustituyen la generación de energía a partir de combustibles tradicionales. Logrando una reducción considerable de lluvia ácida y smog. Además, no se generan residuos tóxicos cuando se aprovecha este tipo de energía.
Ofrece una importante contribución al desarrollo
Las instalaciones hidroeléctricas llevan electricidad, carreteras, industria y comercio a las comunidades, desarrollando así la economía. También, ampliando el acceso a la salud pública, a la educación y mejorando la calidad de vida en general. La energía hidroeléctrica es una tecnología muy conocida y probada desde hace más de un siglo.
De esta manera, sus impactos son bien conocidos y manejables a través de medidas para mitigar y compensar los efectos perjudiciales. Ofrece un potencial enorme y está disponible donde el desarrollo económico es más que necesario.
Energía limpia y barata para el mañana
Con una vida media de 55 a 120 años, los proyectos hidroeléctricos son inversiones a largo plazo que beneficiarían a varias generaciones. Además, pueden actualizarse fácilmente para incorporar tecnologías más recientes y tienen unos costes de explotación y mantenimiento muy bajos.
Es un instrumento fundamental para el desarrollo sostenible
Las empresas hidroeléctricas que se desarrollan y operan de una manera económicamente viable, ambientalmente sensible y socialmente responsable, representan el mejor concepto de desarrollo sostenible. Eso significa un desarrollo que aborde hoy las necesidades de las personas sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para abordar sus propias necesidades.