domingo, 26 de diciembre de 2010

Energía Biomásica: Otra Renovable en Fase Experimental

Concepto de Biomasa

El término “biomasa” incluye toda la materia viva, o cuyo origen sea la materia viva, que existe en un instante de tiempo en la Tierra.

La energía que se puede obtener de la biomasa proviene de la luz solar, la cual, gracias al proceso de fotosíntesis, se aprovecha por las plantas verdes y se transforma en energía que queda acumulada en el interior de sus células. Esta energía puede traspasarse por la cadena alimentaria al reino animal.

La energía acumulada en la biomasa puede ser liberada sometiéndola a diversos procesos de aprovechamiento energético. Atendiendo a su origen, podemos clasificar la biomasa, de la cual se puede extraer la energía útil para la humanidad, en:
  • Biomasa cosechable: Cultivos vegetales.
  • Biomasa residual: Residuos agrícolas, forestales y urbanos.
  • Biocarburantes (Metanol y Etanol): Transformación química y o biológica de ciertas especies vegetales.
 Biomasa Cosechable
La principal aplicación de la biomasa cosechable es la producción de calor en un proceso de combustión. Para este fin se suelen utilizar plantas de tipo herbáceo y leñoso, obtenidas en ecosistemas naturales, o en cultivos destinados a este fin (agroenergética). En la actualidad se trabaja en este tipo de cultivos, pudiendo ser en el futuro la biomasa cosechable la fuente más importante de biomasa para fines energéticos. Sin embargo la baja capacidad calorífica significa dedicar amplios terrenos a esos cultivos, lo que podría entrar en conflicto con los usos agrícolas.

Biomasa residual
La biomasa residual también ofrece en principio grandes perspectivas en cuanto a su aprovechamiento energético. En este grupo se incluyen los residuos forestales, agrícolas y ganaderos, así como los producidos en los núcleos urbanos (residuos sólidos y aguas residuales principalmente). Estas perspectivas quedan limitadas debido a la contaminación que se produce al eliminar estos residuos y que en ocasiones no compensa los beneficios de la energía que se puede generar, por lo que este tipo de biomasa se utiliza sobre todo en instalaciones que aprovechan sus propios residuos, como en granjas, depuradoras urbanas, o industrias forestales, lugares en los que, además de obtener energía, se ahorran los costes
de eliminación de residuos.


 Biocarburantes (Metanol y Etanol)
Otro gran apartado de recursos energéticos obtenidos de la biomasa lo constituyen los biocombustibles líquidos obtenidos a partir de los aceites vegetales, destinados a sustituir al gasóleo en los motores diésel, o el bioetanol, obtenido por fermentación de la biomasa dirigido a los motores que utilizan la gasolina como combustible. Estos biocarburantes pueden ser utilizados solos o mezclados en los motores de combustión interna pudiendo llegar a ser un puente de transición entre una época dominada por los combustibles de origen fósil y otra potencialmente abierta a la utilización de la biomasa.

Se valora por la OCDE que para abastecer hasta un 15% de la demanda de combustible del transporte habría que dedicar un 20% de la superficie actual al cultivo de plantas productoras de etanol.


Aprovechamiento Energético de la Biomasa

Los diferentes aprovechamientos de la biomasa tienen aplicaciones domésticas e industriales.

Los productos que se obtienen pueden estar en forma sólida, líquida o gaseosa y, dependiendo de eso, tendrán diversas aplicaciones (calor, electricidad y fuerza motriz).

Estas aplicaciones están muy influenciadas por la realización de previos tratamientos de la biomasa.
Entre estos tratamientos previstos, podemos destacar:
• Homogeneización: son aquellos procesos de trituración, astillado, secado, etc., que transforman la biomasa en unas condiciones adecuadas de medida, humedad y composición, para ser tratada y aprovechada energéticamente.
• Densificación: es un tratamiento para mejorar las propiedades de la biomasa y hacerla más completa.
El producto de este tratamiento tiene forma de aglomerado de madera, que son residuos con una elevada densidad y muy adecuados para el almacenamiento y el transporte.

Después de estos tratamientos previos, la biomasa ya puede ser utilizada en diversos procesos.

Procesos petroquímicos
Son aquellos que transforman la biomasa, en determinadas condiciones de presión y temperatura, para obtener productos sólidos, líquidos o gaseosos. Estos productos serán diferentes según el tipo de técnica aplicada.
Atendiendo a la cantidad de oxígeno que interviene en la transformación, se clasifican en:
Combustión: es un tratamiento a una temperatura entre 150°C y 800°C, en el que la cantidad de oxígeno no está controlada. Los residuos de biomasa se oxidan (reaccionan químicamente con el oxígeno) completamente y se obtienen gases calientes, que es la parte que se aprovecha como energía térmica. Coloquialmente, diremos que quemamos la biomasa.

De una manera directa, la combustión de los residuos forestales y agrícolas pueden ser una fuente energética para calefacción en el ámbito doméstico, tanto en instalaciones individuales, como colectivas.
Por el tratamiento de combustión, también se genera vapor, que se puede utilizar como en una turbina, para producir energía mecánica e, incluso, hacer mover un generador y obtener energía eléctrica.



Pirólisis: tratamiento a una temperatura entre 500°C y 600°C, y con ausencia de oxígeno. Se basa en la descomposición de la materia orgánica por calor. Como resultado, se obtiene una mezcla que es, en parte sólida (principalmente carbón), en parte líquida, y en parte gaseosa. Los líquidos y los gases son hidrocarburos y compuestos alifáticos. Estos productos pueden ser utilizados como combustibles y materia primas.

Gasificación: tratamiento muy parecido a la pirólisis, pero, en este caso, la cantidad de oxígeno está controlada, con lo cual se reduce significativamente la obtención de sólidos respecto al proceso anterior. Como resultado, se obtiene un gas denominado gas pobre que se utiliza como combustible.

Procesos fisicoquímicos.
Estos tratamientos, físicos por un lado, y químicos por otro, vendrían a ser los que preparan y condicionan la biomasa para el aprovechamiento energético posterior.
Los tratamientos físicos son los ya descritos como tratamientos previos de la biomasa. Los tratamientos químicos son los de esterificación de los residuos, para obtener unos combustibles líquidos. De esta manera, a partir del aceite vegetal, resultante del prensado de la biomasa, se obtiene químicamente un éster puro con propiedades muy similares a las del gasóleo.

Procesos biológicos
En este tipo de aprovechamiento, los residuos son transformados mediante la actividad de microorganismos. Se diferencian dos vías principales:

• La digestión anaerobia es un proceso que se utiliza para residuos biodegradables, a fin de reducir la carga contaminante que tengan. Consiste en que determinadas bacterias degraden la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Como resultado, se obtiene, por un lado, un gas (biogás) y, por otro lado, una parte sólida que concentra los minerales y los productos de difícil degradación. El biogás contiene una elevada porción de metano (entre un 50% y un 70%) y puede ser utilizado como combustible.

• La fermentación alcohólica se utiliza, principalmente, para las plantas de cultivos azucareros o de cereales, para obtener alcoholes denominados bioalcoholes. Estos alcoholes se pueden utilizar como combustibles para motores de explosión, ya sea directamente, o mezclados con gasolina.


Incineración de los RSU (Residuos Sólidos Urbanos)
Consiste en un proceso de combustión controlada de las basuras domésticas (porción que no se ha podido reciclar), que son transformadas en escorias (compuestos que no se han quemado, materia no orgánica), cenizas y humos que se emiten a la atmósfera. Todos estos elementos resultantes son tratados adecuadamente para proteger el medioambiente. Por ejemplo, uno de los aspectos que preocupa mucho a la gente son los humos emitidos a la atmósfera. Las instalaciones para incinerar los desechos, para cumplir la normativa y poder funcionar, tienen que disponer de unos equipos con una tecnología muy avanzada, que permitan filtrar los gases de partículas contaminantes, y unos sistemas de limpieza que permitan eliminar los compuestos gaseosos nocivos y peligrosos.

Desde el punto de vista energético, se puede aprovechar la energía térmica generada en la combustión. Para poder aprovechar esta energía, actualmente, hay que tratar volúmenes de desechos de alrededor de 15.000 t/año, o más. Para las incineradoras de capacidad inferior, hay que estudiar la viabilidad en cada caso concreto.


Datos Relevantes de la Energía Biomásica

Estas tecnologías no están todavía maduras y disponen de primas de ayuda para fomentar su utilización. Pese a ello, el plan de energías renovables ha incluido un aumento de la producción eléctrica mediante biomasa en un 28% en los años 2005-2010.








sábado, 4 de diciembre de 2010

Energía Eólica: Gran Auge aunque Sin Primas no sopla el Viento

Concepto Físico

La energía eólica es la energía producida por el viento (energía cinética del aire en movimiento). Fue una de las primeras fuentes de energía utilizadas por el hombre. Los barcos de vela y los molinos de viento son las primeras manifestaciones del aprovechamiento energético de la energía eólica.


Aprovechamiento de la Energía Eólica

Las principales aplicaciones de la energía eólica en aquellos lugares a los que llega el viento de forma regular y con gran intensidad son:

1) Aerobombas. Para elevar el agua se usan ruedas de seis a quince álabes, que pueden bombear de quinientos a seiscientos litros por hora, cantidad suficiente para cubrir las necesidades de pequeñas explotaciones agrícolas.


2) Producción de energía eléctrica mediante aerogeneradores. Para ello se instala una torre en cuya parte superior existe un rotor con múltiples palas que se orientan en la dirección del viento. Estos rotores actúan sobre un generador que permite obtener energía eléctrica.
a) Aerogeneradores aislados: se instalan en zonas aisladas en las que no se dispone de energía eléctrica. Pueden obtenerse potencias de diez a cien kW.

b) Plantas eólicas: están formadas por un cierto número de aerogeneradores, habiéndose alcanzado ya potencias unitarias cercanas a 2 MW. En la actualidad, para lograr un mayor aprovechamiento de la energía eólica, se están desarrollando modelos de equipos encaminados a la producción de energía eléctrica con un menor tamaño, una mayor duración y un mantenimiento más sencillo y barato, procurando mitigar el impacto ambiental producido por los aerogeneradores.


Esquema de una Central Eólica

Esquema de un Aerogenerador



1. Cimientos
2. Conexión a la red eléctrica
3. Torre
4. Escalera de acceso
5. Sistema de orientación
6. Góndola
7. Generador
8. Anemómetro
9. Freno
10. Transmisión
11. Pala
12. Inclinación de la pala
13. Buje del rotor
Ventajas e Inconvenientes de la Energía Eólica

Esta fuente de energía presenta las ventajas y los inconvenientes de la energía solar: Es inagotable, limpia, no contaminante. Pero al mismo tiempo es dispersa, intermitente y se presenta de forma irregular en cuanto a su intensidad.

Por último, se trata de una energía renovable cuya viabilidad económica depende las primas reguladas por las instituciones públicas.


Datos Relevantes

La energía eólica ha entrado en una fase de explotación industrial gracias a los estímulos económicos concedidos, que compensan sus mayores costes de producción comparados con las energías convencionales. La potencia instalada y la generacíón eléctrica no ha dejado de aumentar en los últimos años. En 2009, proporcionó más del 14% de la demanda de energía eléctrica.

Ayer mismo se publicó la nueva normativa que garantizará las primas al sector eólico a partir de 2013.

España es hoy la segunda potencia mundial, tras Alemania, en capacidad instalada, con cerca de 20.000 MW. Sin embargo, los aerogeneradores sólo logran operar entre un 20% y un 30% de las horas del año y sin coincidir generalmente con las horas de máxima demanda.

Asímismo España se sitúa como cuarta potencia mundial en materia de propiedad intelectual generada (patentes) entre 2005 y 2009 en torno al sector eólico, por detrás de Estados Unidos, Dinamarca y Alemania. Ésta es una de las principales conclusiones del estudio realizado por la consultora ALTRAN, líder europeo en consultoría tecnológica e innovación, en el marco de la plataforma tecnológica Reoltec (impulsada por la Asociación Empresarial Eólica (AEE). 

En nuestra opinión,  lo anterior es el aspecto más positivo de este sector, y como resultado se exportó en 2009 por valor de 2.104 millones de euros.

La AEE publica todos los datos del sector eólico en su web. Se incluyen los más relevantes a continuación.

Evolución de Potencia Instalada en España:
Reparto de Potencia Instalada por Comunidades Autónomas:

Reparto de Potencia por Empresas Promotoras:

Reparto de Potencia instalada por Empresas Fabricantes de Aerogeneradores


Enlaces de Interés con Información Eólica
http://www.aeeolica.es/index.php

martes, 9 de noviembre de 2010

Energía Solar: La Transformación Eléctrica más Cara

Concepto Físico

La energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética procedente del Sol, en donde es generada por un proceso de fusión nuclear.
En el Sol se producen constantemente reacciones nucleares de fusión: los átomos de hidrógeno se fusionan dando lugar a un átomo de helio, liberando una gran cantidad de energía. La pequeña parte que llega a la Tierra, es además parcialmente reflejada hacia el espacio exterior por la presencia de la atmósfera terrestre.


La energía solar llega a la superficie de la Tierra por dos vías diferentes:
• Incidiendo sobre las áreas iluminadas (radiación directa).
• Por reflexión de la radiación solar absorbida por el aire y el polvo atmosférico (radiación difusa).


Aplicación Tecnológica: Centrales Solares
El aprovechamiento de la energía solar puede hacerse por dos vías: térmica y fotovoltaica.

a) Centrales Solares Térmicas
Transforman la energía proveniente del Sol en energía calorífica.
Esta transformación puede darse a baja, media y alta temperatura.

a.1) Transformación a Baja Temperatura
La transformación a baja temperatura se emplea, generalmente, para calefacción doméstica, climatización de locales, calentamiento de agua en hospitales, piscinas.... Se utilizan unos colectores planos que alojan un circuito con un fluido que absorbe la radiación solar y lo transmite en forma de calor al sistema de calefacción. Estos sistemas aprovechan la energía solar a temperaturas que oscilan entre 35 ºC y 90 ºC, siendo actualmente la principal aplicación de la energía solar térmica en España.

a.2) Transformación a Media Temperatura
En las instalaciones que trabajan a media temperatura, entre 90 ºC y 200 ºC, utilizan un conjunto de colectores de concentración de distintas formas:
a) Cilíndrico-parabólica: recogen la energía solar y la transmiten a un fluido (aceite térmico) en forma de calor.
b) Heliostatos: formados generalmente por espejos orientables de forma que la radiación incidente sea reflejada en un punto fijo. Las aplicaciones de este tipo de instalaciones son fundamentalmente industriales.

a.2) Transformación a Alta Temperatura
Las instalaciones a alta temperatura son las centrales termoeléctricas con temperaturas superiores a 400 ºC. Están formadas por una amplia superficie de heliostatos sostenidos por soportes que reflejan la radiación solar y la concentran en un pequeño punto receptor. Este receptor transmite la radiación solar en forma de calor a un fluido (agua, aire, metales líquidos) que circula por un circuito primario. En un generador de vapor se transmite esa energía a un segundo circuito,
produciendo el vapor de agua capaz de accionar un grupo turbina-alternador productor de la energía eléctrica. El rendimiento de estas instalaciones es aproximadamente del 20%.




b) Centrales Solares Fotovoltaicas
Los sistemas solares fotovoltaicos están formados por un conjunto de células solares o fotovoltaicas dispuestas en paneles que transforman directamente la energía solar en energía eléctrica.

La luz solar transporta la energía en forma de un flujo de fotones. Cuando estos fotones inciden en determinado tipo de materiales y bajo ciertas condiciones, provocan una corriente eléctrica. Es lo que se conoce como efecto fotovoltaico.
Las células solares o fotovoltaicas son pequeños elementos fabricados con un elemento cristalino semiconductor dopado, silicio-germanio (Si-Ge). Al incidir sobre ellas, los fotones producen un movimiento de electrones en el interior de la célula y aparece entre sus extremos una diferencia de potencial que los convierte en un pequeño generador eléctrico.

El coste actual de estas células es muy elevado, su rendimiento es bajo (10-15%) y su fabricación muy contaminante.

El desarrollo de estos sistemas está ligado a la técnica de los satélites artificiales. En una primera etapa, debido a la fiabilidad de su funcionamiento, su reducido peso y sus escasas necesidades de mantenimiento, estos sistemas fueron utilizados para cubrir las necesidades energéticas de los satélites.

Este tipo de centrales se están instalando en países donde el transporte de energía eléctrica se debería realizar desde mucha distancia, y hasta ahora su empleo es básicamente para iluminación, alimentación de equipos de campo que suministran información a sistemas de control y algunas aplicaciones domésticas.




Ventajas e Inconvenientes

Las ventajas de la energía solar son:
• Es una fuente energética inagotable a escala humana y no contaminante.
• Mediante tecnologías que logran su concentración, se pueden alcanzar temperaturas de hasta 3.000 ºC, que en principio permiten poner en marcha ciclos termodinámicos de alto rendimiento.
Los inconvenientes de esta fuente de energía son:
• No puede ser almacenada, por lo que tiene que ser transformada inmediatamente en otra forma de energía (calor, electricidad, biomasa o bombeo de agua a los embalses).
• Su aprovechamiento exige disponer de sistemas de captación que ocupan grandes superficies de terreno y algunos de sus principales componentes son muy costosos.
• Es discontinua y aleatoria por la variabilidad de la insolación. No garantiza el suministro energético continuo, pero sí puede resultar una importante ayuda para disminuir el empleo de otras energías contaminantes.
Por tanto la energía solar que llega a la Tierra es gratuita, pero su transformación en energía útil es muy costosa y, en muchos casos, está en fase de experimentación.



Costes de Generación Eléctrica mediante Centrales Solares

Los costes de generación eléctrica mediante centrales solares son muy superiores a los de la energía producida por centrales que utilizan energías no renovables.

Como referencia,  los siguientes datos están tomados del Ministerio de Industria, Red Eléctrica de España y Unesa (Asociación Española de la Industria Eléctrica):
  • Costes por MWh:
    • Energía nuclear: 36 euros.
    • Energía hidráulica: 45 euros
    • Por quema de carbón: 52 euros
    • Quema de gas: 60 euros
    • Energía eólica: 84 euros
    • Energía solar fotovoltaica: 430 euros
Las instalaciones solares fotovoltaicas pueden ser muy útiles para cubrir demandas en zonas aisladas: Granjas agropecuarias, viviendas rurales, equipamiento de sistemas de control, etc. En estos casos resulta más barato instalar este tipo de energía que extender la red eléctrica hasta ese punto o instalar un transformador, para una demanda eléctrica menor.
Sin embargo, la aportación al mix eléctrico genera déficit de tarifa debido a las primas a la producción de energía renovable, de acuerdo a la siguiente tabla:


La Energía Solar en España: Datos Relevantes

España ha apostado por las energías eólica y solar en los últimos años, aumentando la potencia instalada y la energía producida mediante estas fuentes. Como consecuencia de ello, los costes del mix eléctrico han aumentado y se ha producido un encarecimiento progresivo en la tarifa eléctrica.

Las principales centrales solares (en términos de potencia instalada) se encuentran en Castilla La Mancha, Andalucía y Extremadura. Su aportación todavía no es significativa, pero su impacto es alto, en términos económicos.

A nivel europeo, sólo Alemania se ha decantado por la energía solar al nivel de España, con la diferencia de que Alemania es productor tecnológico del equipamiento de mayor valor añadido de las centrales.






Superficie de Captación Térmica en la UE: Evolución por Países

Potencia Solar Fotovoltaica en la UE: Evolución por Países

sábado, 30 de octubre de 2010

Energía Hidraúlica: Energía Renovable Fundamental

Concepto Físico

La energía hidráulica es la energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Por lo tanto la energía hidráulica es el aprovechamiento de la energía del agua en movimiento .
Nota: La palabra griega hidros significa agua.



Antecedentes Históricos

Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos.
La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En la entrada en el siglo XX originan una gran dependencia de la electricidad en aquellos países donde el avance de la industria era imparable.  Por aquel entonces la principal fuente de energía era el carbón, pero según fue pasando el tiempo se descubrieron nuevas formas para la producción de energía eléctrica. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.

Centrales Hidroeléctricas: Principales Componentes

La Presa

El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud, que se encarga de atajar el río y remansar las aguas.
Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de la contención, y otro nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energía.
Las presas pueden clasificarse por el material empleado en su construcción en:
  • Presa de Tierra

  • Presa de Hormigón

Las presas de hormigón son las más utilizadas y se puede a su vez clasificar en:
  • De gravedad:  Como se muestra en la figura tienen un peso adecuado para contrarrestar el momento de vuelco que produce el agua.

  • De bóveda: Necesita menos materiales que las de gravedad y se suelen utilizar en gargantas estrechas.
    En estas la presión provocada por el agua se transmite integramente a las laderas por el efecto del arco.


Los Aliviaderos

Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas.
Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie.
La misisón de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego.
Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura, los aliviaderos se diseñan para que la mayoría del líquido se pierda en una cuenca que se encuentra a pie de presa, llamada de amortiguación.
Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes compuertas, de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad, según la demanda de la situación.

Tomas de agua

Las tomas de agua son construcciones adecuadas que permiten recoger el líquido para lleverlo hasta las máquinas por medios de canales o tuberias.
Las tomas de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberias, se hallan en la pared anterior de la presa que entra en contacto con el agua embalsada. Estas tomas además de unas compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los álabes y producir desperfectos.

El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la presa hasta las turbinas de la central.
Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con conducción forzada siendo por ello preciso que exista una cámara de presión donde termina el canal y comienza la turbina.
Es bastante normal evitar el canal y aplicar directamente las tuberias forzadas a las tomas de agua de las presas.

Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las tuberias forzadas y álabes de las turbinas. A estas sobrepresiones se les denomina "golpe de ariete".

Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce una sobrepresión positiva, ya que el regulador automático de la turbina cierra la admisión de agua.

La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobrepresión de agua esta encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará. Con esto se consigue evitar el golpe de ariete.

Actúa de este modo la chimenea de equilibrio como un muelle hidraúlico o un condensador eléctrico, es decir, absorbiendo y devolviendo energía.

Las estructuras forzadas o de presión, suelen ser de acero con refuerzos regulares a lo largo de su longitud o de cemento armado, reforzado con espiras de hierro que deben estar ancladas al terreno mediante solera adecuada.

Casa de máquinas

Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando.
En la figura siguiente tenemos el corte esquemático de una central de caudal elevado y baja caida. La presa comprende en su misma estructura a la casa de máquinas.
Se observa en la figura que la disposición es compacta, y que la entrada de agua a la trubina se hace por medio de una cámara construida en la misma presa. Las compuertas de entrada y salida se emplean para poder dejar sin agua la zona de las máquinas en caso de reparación o desmontajes.

  1. Embalse
  2. Presa de contención
  3. Entrada de agua a las máquinas (toma), con reja
  4. Conducto de entrada del agua
  5. Compuertas planas de entrada, en posición "izadas".
  6. Turbina hidraúlica
  7. Alternador
  8. Directrices para regulación de la entrada de agua a turbina
  9. Puente de grua de la sal de máquinas.
  10. Salida de agua (tubo de aspiración
  11. Compuertas planas de salida, en posición "izadas"
  12. Puente grúa para maniobrar compuertas salida.
  13. Puente grúa para maniobrar compuertas de entrada.

Turbinas Hidraúlicas

Hay tres tipos principales de turbinas hidraúlicas:

La rueda Pelton
La turbina Francis
La de hélice o turbina Kaplan
El tipo más conveniente dependerá en cada caso del salto de agua y de la potencia de la turbina.
En términos generales:


La rueda Pelton conviene para saltos grandes.
La turbina Francis para saltos medianos.
La turbina de hélice o turbina Kaplan para saltos pequeños.



Tipos de Centrales Hidroeléctricas

Se pueden clasificar según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.
En primer lugar hay que distinguir las que utilizan el agua según discurre normalmente por el cauce de un río, y aquellas otras a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano. Se denominan:



  • Centrales de Agua Fluente (o de pasada)



  • Centrales de agua embalsada, clasificadas a su vez:

      • Centrales de Regulación
      • Centrales de Bombeo.
    Según la altura del salto de agua o desnivel existente:


  • Centrales de Alta Presión




  • Centrales de Media Presión.




  • Centrales de Baja Presión



  • Según la potencia eléctrica generada:
    • Gran hidráulica a aquellas centrales con una potencia >10 MW;
    • Minihidráulica, centrales con una potencia entre 1 MWy 10MW;
    • Microhidráulica, centrales con una potencia menor a 1MW
    Centrales de Agua Fluente:
    Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas.

    No cuentan prácticamente con reserva de agua, oscilando el caudal suministrado según las estaciones del año. En la temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca (aguas bajas), la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío.

    Su construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para mantener un desnivel constante en la corriente de agua.

    En la misma se aprovecha un estrechamiento del río, y la obra del edificio de la central (casa de máquinas) puede formar parte de la misma presa.

    El desnivel entre "aguas arriba" y "aguas abajo", es reducido, y si bien se forma un remanso de agua a causa del azud, no es demasiado grande.
    Este tipo de central, requiere un caudal suficientemente constante para asegurar a lo largo del año una potencia determinada.
    Esquema de Planta
    Esquema de Alzado


    Centrales de Agua Embalsada:
    Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Este agua es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

    El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas.
    Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses , cosa que sería imposible en un proyecto de pasada.
    Las centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una inversión de capital mayor que las de pasada, pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía posible y producir kilovatios-hora más baratos.
    • Centrales de Regulación:
    Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.
    Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.
    • Centrales de Bombeo:
    Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidraúlicos de un país.

    Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía eléctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía.
    Se denominan 'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible.
    La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.



    Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador.

    Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hace rel ciclo productivo nuevamente.

    Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores.

     
    Centrales de Alta Presión:
    Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina.
    Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud.
    Utilizan turbinas Pelton y Francis.

    Centrales de Media Presión:
    Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200-20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200m3/s por turbina.
    En valles de media montaña, dependen de embalses.
    Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.

    Centrales de Baja Presión:
    Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300m3/s.
    Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.



    Vida Útil de una Central Hidroeléctrica
     Superior a los 30 años.

    Emisiones de C02 de una Central Hidroeléctrica
    Sólo se imputan emisiones en la construcción de la central. La gereración de energía hidráulica tiene una emisión equivalente de C02 nula. Es una energía totalmente limpia.


    Ventajas de la Energía Hidraúlica

    • Energía de regulación fiable: Su capacidad de bombeo, la convierte en el instrumento más efectivo para cubrir oscilaciones en la demanda. Es una energía fundamental para Red Eléctrica.
    • Disponibilidad: Es un recurso inagotable, en tanto en cuanto el ciclo del agua perdure. Se puede almacenar.
    • Rentabilidad por bajo coste de generación: Una vez construida la central, se aprovecha la energía potencial del agua.
    • Contribuye a reducir el déficit en la balanza exterior de pagos: Su producción no depende del suministro de ningún combustible.
    • "No contamina" (en la proporción que lo hacen el petróleo, carbón, etc.): Nos referimos a que no emite gases "invernadero" ni provoca lluvia ácida, es decir, no contamina la atmósfera, por lo que no hay que emplear costosos métodos que limpien las emisiones de gases.
    • Seguridad:  Las centrales hidroeléctricas no plantean problemas de seguridad relativos a las personas o el entorno, salvo en el caso de que cuenten con embalses deteriorados. Más aún, los embalses pueden ser considerados como un mecanismo de seguridad que ayuda a controlar crecidas imprevistas, regulando el caudal del río.
    • Produce trabajo a la temperatura ambiente: No hay que emplear sistemas de refrigeración o calderas, que consumen energía y, en muchos casos, contaminan, por lo que es más rentable en este aspecto.
    • Almacenamiento de agua para regadíos
    • Permite realizar actividades de recreo (remo, bañarse, etc)

    Inconvenientes de la Energía Hidraúlica

    Su rendimiento depende de las condiciones meteorológicas:
    Si la región donde se instala una central hidráulica sufre una severa sequía, el ritmo de producción de energía disminuirá

    El resto de inconvenientes son tipo de ambiental y se pueden tomar adoptar de mitigación:
    • Las presas : Obstáculos insalvables
    Salmones y otras especies que tienen que remontar los ríos para desovar se encuentran con murallas que no pueden traspasar.
    • "Contaminación" del agua
    El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás propiedades del agua que fluye por el río.
    • Privación de sedimentos al curso bajo
    Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciéndose de nutrientes el resto de río hasta la desembocadura.

    • Inundaciones de terrenos
    La construcción de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de terreno, obviamente en función de la topografía del terreno aguas arriba de la presa, lo que significa perdida de tierras del valle, generalmente las más fértiles.

    En el pasado se han construido embalses que han inundado pueblos enteros.  


    Datos Releventes de la Energía Hidraúlica 

    Generación de Energía Hidraúlica en el Mundo

    La energía hidráulica es la fuente renovable de electricidad más importante y más utilizada en el mundo. Representa un  19% de la producción total de electricidad, siendo  Canadá el productor más importante de energía hidroeléctrica, seguido por los Estados Unidos y Brasil.

    Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas.

    Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), República Democrática del Congo (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Acciona hasta 14.000 MW dispuestos a pie de presa (el doble de la potencia nuclear instalada en España).

    Aproximadamente dos tercios del potencial hidroeléctrico económicamente viable quedan aún por desarrollar. La energía hidráulica no aprovechada es todavía muy abundante en América Latina, África central, India y China.


    La Energía Hidraúlica en España

    Representó en 2009 y el 1,7% de nuestra energía primaria y el 9% de nuestra producción eléctrica. Todos los datos relevantes de las centrales hidroeléctricas españolas y su peso relativo en el sistema energético y en el mix eléctrico, se muestran a continuación.


    En 2010, según datos de UNESA, se está produciendo se está produciendo un aumento del 74%  en la produción de energía hidráulica, pero como vamos a ver, la característica más importante, debido a las diferencias en las precipitaciones anuales, ha causado la variabilidad de esta energía en España.









     




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