Planta de energía hidroeléctrica

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Una central hidroeléctrica es un conjunto de obras de ingeniería hidráulica colocadas en una determinada sucesión, acopladas a una serie de maquinaria eléctrica adecuada (por ejemplo, alternador y transformador ) para obtener la producción de electricidad a partir de masas de agua energía cinética a energía eléctrica .

Descripción

Las centrales hidroeléctricas tienen la particularidad de poder activarse y desactivarse en pocos minutos con la apertura inmediata de las compuertas hidráulicas , dando así la posibilidad de cubrir fácilmente los picos repentinos de demanda de producción de energía eléctrica que se puedan producir. Por el contrario, la mayoría de las centrales termoeléctricas y nucleares tienen tiempos de encendido más largos, incluso decenas de horas, necesarios para la regulación térmica de la maquinaria y por tanto son un tipo de centrales "siempre encendidas" (o "básicas"). .

Desventajas

Un problema relacionado con las centrales hidroeléctricas es el enterramiento progresivo en el que las cuencas de acumulación se encuentran inevitablemente con el tiempo. Para evitar esto, estos deben ser dragados periódicamente.

Los problemas ambientales pueden estar constituidos por el hecho de que las barreras (diques) bloquean el transporte de sólidos de los ríos (arenas y gravas) al alterar el equilibrio entre el suministro de sólidos y la actividad erosiva en el curso de agua aguas abajo (erosión del lecho del río y, a veces, , " corte de meandros " por la mayor velocidad) al mar donde, por el escaso o nulo aporte sólido , asistimos al fenómeno de la erosión costera. Las grandes cuencas hidroeléctricas también pueden en algunos casos tener impactos ambientales y socioeconómicos de distinta magnitud o severidad en las áreas circundantes (modificación del paisaje y destrucción de hábitats naturales, desplazamientos de población, pérdida de áreas agrícolas, etc.) y el estudio de factibilidad debe ser particularmente preciso, especialmente en lo que se refiere al análisis preciso de la geología de las laderas y los "hombros" en los que se apoyará la presa, sin descuidar ningún detalle. Sólo así será posible evitar tragedias como la del valle del Vajont , que en el otoño de 1963 arrasó con la ciudad de Longarone y otras dos localidades del valle, provocando 1917 víctimas. Muchos de estos problemas ambientales no se dan en las centrales “MINI-HIDROELÉCTRICAS”, que en la mayoría de los casos no requieren la construcción de presas (ver 1.1 centrales de pasada ).

Clasificación por tipo

Las plantas se clasifican según diferentes tipos de sistemas:

Centrales eléctricas de pasada

Se encuentran sobre todo donde grandes masas de agua de los ríos superan modestas diferencias de altura; el agua es conducida a un canal de derivación (no a una tubería forzada ) ya través de este es enviada a las turbinas que giran gracias al empuje del agua, produciéndose así el movimiento de las turbinas, cada una de las cuales está acoplada a un alternador que transforma el movimiento de rotación en electricidad.

La velocidad que imparte el agua a las turbinas se genera a través de una diferencia de altura, denominada "salto", que se traduce en presión hidrodinámica a la altura en la que se ubican las turbinas.

Centrales eléctricas de muelle

A diferencia de las "centrales hidroeléctricas de agua corriente", se crea un lago artificial , denominado balsa de carga, mediante el represamiento de un desfiladero fluvial con una presa , de la que parten tuberías forzadas , que se enriquecen con un pozo piezométrico (interpuesto antes de la turbina) que amortigua y evita los efectos disruptivos del golpe de ariete (enormes sobrepresiones que se generan cuando se para la turbina por el cierre de la tubería). Aguas abajo hay una cuenca tranquila donde las aguas turbulentas apenas salen de la central se calman antes de ser reintroducidas en el curso normal del río.

Centrales eléctricas con sistemas de almacenamiento

A diferencia de las "centrales eléctricas de embalse", las centrales eléctricas con sistemas de almacenamiento están equipadas con un depósito de recolección también aguas abajo: el agua que genera electricidad durante el día que pasa a través de las turbinas puede ser devuelta desde la cuenca del valle a la cuenca aguas arriba durante las horas de menor demanda de energía (por ejemplo, por la noche), mediante bombeo, utilizando para esta operación el exceso de electricidad que producen las plantas de tipo "siempre encendidas" que no se pueden acumular de otro modo. Es decir, la cuenca de aguas arriba se "recarga" durante la noche y las masas de agua traídas aguas arriba pueden ser reutilizadas en las horas de mayor demanda energética [1] [2] .

En estas plantas de acumulación se fabrican grupos ternarios de máquinas, esto es, la turbina, la bomba y la maquinaria eléctrica que, al ser reversible, funciona como generador o motor si es necesario. Si la planta está equipada exclusivamente con un estanque de aguas arriba y un estanque de aguas abajo (sin por lo tanto un componente "fluyente"), la planta se denomina central hidroeléctrica de ciclo cerrado o incluso estación de bombeo . En algunas plantas también es posible aprovechar la reversibilidad de algunas turbinas, como la turbina Francis , que en su operación inversa funciona como bomba, reduciendo los costos de planta y mantenimiento, contra una pérdida de eficiencia aceptable. De este tipo es la planta de bombeo de 1000 MW en Edolo, en la provincia de Brescia, que utiliza 8 turbobombas Francis de 125 MW.

Existen instalaciones de esta tecnología a pequeña escala, es decir, en edificios, aunque éstos no parezcan económicamente ventajosos debido a las desfavorables economías de escala . [3] Además, para una capacidad de almacenamiento significativa se requiere una gran reserva de agua, lo que es una difícil adaptación en las realidades urbanas. [3] Sin embargo, algunos autores defienden su sencillez tecnológica y valoran como una importante externalidad el suministro seguro de agua requerido . [3]

Clasificación de poder

La potencia de una central hidroeléctrica depende de dos términos:

Según la potencia nominal, se distinguen las siguientes:

Los implantes también se pueden clasificar según la caída o salto (H):

Finalmente, se pueden clasificar en alcance (Q)

Producción mundial de energía hidroeléctrica

Capacidad instalada de energía hidroeléctrica (MW) [4]
# País 2020
1 Porcelana 370.160
2 Brasil 109.318
3 Estados Unidos 103,058
4 Canadá 81,058
5 Rusia 51,811
6 India 50,680
7 Japón 50,016
8 Noruega 33.003
9 Pavo 30,984
10 Francia 25,897
11 Italia 22,448
12 España 20.114
13 Vietnam 18.165
14 Venezuela 16.521
15 Suecia 16,479
dieciséis suizo 15,571
17 Austria 15.147
18 Irán 13,233
19 México 12,671
20 Colombia 12,611
21 Argentina 11,348
22 Alemania 10.720
23 Pakistán 10.002
24 Paraguay 8,810
25 Australia 8,528
26 Laos 7,376
27 Portugal 7,262
28 Chile 6.934
29 Rumania 6,684
30 Corea del Sur 6.506
31 Ucrania 6,329
32 Malasia 6,275
33 Indonesia 6,210
34 Perú 5,735
35 Nueva Zelanda 5,389
36 Tayikistán 5,273
37 Ecuador 5,098

Minicentrales hidroeléctricas

Las mayores posibilidades de nuevas instalaciones hidroeléctricas se encuentran actualmente a pequeña escala, mediante el uso de centrales que pueden clasificarse como minihidráulicas, es decir, con un tamaño inferior a 10 MW (por tanto, incluyendo pequeñas, mini y micro, según lo anterior). clasificación).

En 2003, según datos de GRTN ( National Transmission Network Manager ), en Italia estaban activos:

para una capacidad instalada de aproximadamente 2 300 MW.

La minihidráulica está considerada, en los documentos de planeamiento sobre fuentes renovables, como uno de los sectores donde es posible realizar grandes desarrollos.

Algunos factores que hacen interesante esta categoría de implantes:

Configuración de sistemas mini-hidro

La subdivisión por tamaño de las centrales hidroeléctricas se basa en la potencia instalada, la cual es proporcional al producto entre caudal y altura de agua. En consecuencia, no todas las centrales minihidráulicas tienen los niveles de sumidero más bajos o los caudales más bajos. Por ejemplo, se puede construir una planta con una potencia cercana a los 10 MW aprovechando caídas medias y caudales pequeños, o caídas bajas y caudales medios.

Las minicentrales hidroeléctricas con potencia entre 100 kW y 10 MW tienen una configuración similar a las centrales de mayor tamaño.

El pequeño tamaño de las plantas requiere que, para ser económicamente convenientes, los siguientes costos sean mínimos:

Micro-implantes

En cuanto a las "microhidroeléctricas", es decir las plantas por debajo de los 100 kW de potencia, el valor no consiste tanto en el aporte energético que puedan dar a las necesidades eléctricas nacionales, sino en la valorización del recurso hídrico a nivel local. .representan una forma de explotar una fuente de energía renovable, que de otro modo estaría dispersa, con un impacto ambiental muy bajo.

Las principales ventajas son las siguientes:

Steffturbine es parte de las micro plantas .

Mini-turbinas hidroeléctricas

En la minihidráulica se utilizan turbinas conceptualmente similares a las de plantas más grandes, diseñadas con las debidas precauciones. Las turbinas aplicadas en este tamaño de plantas tienen las siguientes características.

Otra solución para sistemas minihidráulicos con saltos muy bajos es la turbina VLH ( Very Low Head ), capaz de aprovechar saltos a partir de 1,4 m. [5]

Turbina de barrena (o tornillo de Arquímedes)

Funciona según el principio “inverso” del pergamino de Arquímedes, recientemente patentado como turbina hidroeléctrica. Es especialmente adecuado para operar en presencia de escombros, simplicidad de instalación y mantenimiento, bajos costes de instalación y gestión, posibilidad de operar incluso con caudales de agua mínimos, por lo tanto, en cursos de agua con flujo discontinuo. Las turbinas de barrena se utilizan para alturas de 1 a 10 metros y caudales de agua de 0,5 a5,5  m³ / s .

Turbina de cabeza muy baja (VLH)

La turbina VLH ( Very Low Head ) es una turbina que está dirigida principalmente a un rango estrecho de alturas (de 1,4 a 3,4 m) y caudales (de 10 a 27 m³/s), también está disponible una versión reforzada para saltos hacia arriba a 4,5 m. Esto da como resultado un rango de potencia por unidad de 100 a500  kW (a nivel de red). Además de la casi singularidad de la gama que incluye la turbina VLH, este tipo de instalación es especialmente eficiente en emplazamientos donde es necesario desarrollar una planta de bajo impacto ambiental (turbina y generador están sumergidos), con una reducción sustancial de obra civil y la protección de los peces. [6]

Rueda de agua

La rueda hidráulica es una máquina de gravedad que utiliza el peso del agua (energía potencial) y parte de la energía cinética para producir energía. Las ruedas de abajo se pueden utilizar en sitios con saltos por debajo de 1,5 m y caudales máximos de 1 m³/s por metro de ancho ( https://www.youtube.com/watch?v=f-AfK2Bl4NY ), las ruedas de el lateral en sitios con saltos de hasta 4 m y caudales máximos de 600 l/s por metro de ancho ( https://www.youtube.com/watch?v=dCVWwPHCENc ) y las ruedas de arriba para saltos entre 3 – 6 m y caudales máximos de 100-200 l/s por metro de ancho ( https://www.youtube.com/watch?v=O5CQ6wjZ02U ). Los rendimientos hidráulicos máximos varían entre el 70 y el 85%.

Microturbina Pelton con eje horizontal o vertical

Muy similar a las turbinas utilizadas en plantas más grandes. Debido al número relativamente bajo de revoluciones, es adecuado para sistemas con saltos de agua de unos pocos cientos de metros. Construcción simple y robusta, de reducidas dimensiones y excelente rendimiento, trabaja a presión atmosférica y no presenta problemas de estanqueidad. Está equipado con cuchillas de doble cuchara, con un número de chorros de hasta seis. Generalmente todas las partes mecánicas principales están hechas de acero inoxidable. Las turbinas Pelton son las más utilizadas en microplantas, porque son las más adecuadas para explotar el potencial asociado con caudales limitados.

Microturbina Turgo

Es una turbina con acción tipo Pelton y es apta para saltos de 30 a 300m. Es adecuado para situaciones con variaciones considerables en los caudales de agua y para aguas turbias.

Microturbina con flujo radial o cruzado

Se utiliza para sistemas de baja potencia, ya que es adecuado para saltos desde unos pocos metros hasta 100 metros y para caudales de 20 a 1000 litros/segundo. La entrada de agua es radial, con la particularidad de una doble acción del fluido sobre las palas. La transmisión del movimiento al generador está encomendada a una correa dentada. Generalmente los componentes metálicos están hechos de acero inoxidable. La eficiencia de las turbinas de flujo cruzado es menor que las turbinas Pelton, pero tienen una mayor facilidad de construcción y una mejor adaptabilidad a pequeños saltos.

Miniturbina Francis

La miniturbina Francis es una turbina de reacción válida para centrales eléctricas con una potencia en torno a los 100 kW. El concepto de construcción es muy similar a las turbinas para plantas más grandes. La ventaja de esta máquina consiste en el aprovechamiento de todo el cabezal disponible, hasta el canal de descarga. La construcción compleja, la alta velocidad de rotación que provoca fricción y desgaste, y algunos problemas de estanqueidad, hacen problemática la instalación de estas turbinas en plantas pequeñas.

Notas

  1. ^ Los picos de consumo suelen darse a media mañana y media tarde.
  2. ^ Arduino , pág. 472 .
  3. ^ a b c Guilherme de Oliveira e Silva y Patrick Hendrick, Almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada en edificios , en Applied Energy , vol. 179, 1 de octubre de 2016, págs. 1242-1250, DOI : 10.1016/j.apenergy.2016.07.046 . Consultado el 10 de marzo de 2017 .
  4. ^ ESTADÍSTICAS DE CAPACIDAD RENOVABLE 2021 pág. 17
  5. ^ http://www.vlh-turbine.com/gamma .
  6. ^ Amabilidad con los peces®

Bibliografía

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