La energía hidráulica, una de las fuentes de energía renovable más utilizadas en todo el mundo en la actualidad, se obtiene a partir del movimiento del agua y genera electricidad limpia. Es un recurso energético que aprovecha la fuerza de los arroyos, los ríos y los saltos de agua, lo que permite obtener electricidad de manera eficaz, limpia y sostenible.
Origen y Principios de la Energía Hidráulica
La energía hidráulica se obtiene a partir de la energía cinética y potencial del agua. Su origen ocurre principalmente por el “ciclo hidrológico” que tiene su inicio a partir de la radiación del sol que incide sobre la Tierra. A medida que se calienta el agua de los mares se forman las nubes. La mayoría de las nubes descargan en forma de lluvia en el mar mientras que el viento mueve el resto hacia los continentes.
Por lo tanto, la energía hidráulica se obtiene a partir de la energía cinética y potencial, de un río o arroyo, formado por el flujo de una masa de agua que escurre por su cauce, desde las partes altas o montañosas hasta las planicies costeras. Eso ocurre cuando el agua cae desde cascadas o saltos de agua, sean naturales o construidos de forma artificial para aprovechar su energía. Las centrales hidroeléctricas utilizan el agua como “combustible” para generar energía eléctrica.
Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica
Hoy en día, el uso más frecuente de la energía hidráulica es para producir electricidad. Una central hidroeléctrica funciona básicamente gracias a una turbina que gira cuando es impulsada por una corriente o salto de agua. Esta energía se transforma en electricidad al circular agua a presión a través de una turbina para producir energía mecánica. El agua, al pasar a través de turbinas las hace girar. Las turbinas transmiten la energía mecánica de su rotación, mediante un eje, a un generador de electricidad.
La corriente de agua puede ser modulada por las compuertas de una presa situada en un río. La cantidad de energía que produce puede ser regulada según la altura desde la que caiga el agua o el caudal de la misma. Al elevar las compuertas, el agua cae sobre las aspas de la turbina y la hace girar. Tras la producción de la energía eléctrica (generalmente energía alterna), esta se conduce a un transformador para aumentar su voltaje.
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Componentes Clave de una Central Hidroeléctrica
Las partes principales de una central hidroeléctrica son:
- La presa derivadora: Obra de ingeniería que sirve para desviar parte del flujo del río hacia la planta.
- El canal y/o túnel: Se utiliza para conducir el flujo captado por la presa.
- Un tanque de carga: Se utiliza para controlar el agua que llega del canal y permite operar satisfactoriamente la tubería a presión.
- Tubería de presión: Este elemento se ubica entre el tanque de carga y la casa de máquinas, es decir a lo largo de la caída o desnivel del terreno.
- La casa de máquinas: Es la construcción que sirve para instalar la(s) turbina(s) y generador(es) eléctricos.
Tipos de Centrales Hidroeléctricas
Existen muchos tipos distintos de centrales que aprovechan la energía hidráulica para producir energía. La clasificación de las centrales hidráulicas por ubicación está relacionada con el tipo de fuente de agua que emplean para producir electricidad.
Centrales de Embalse
Este es el sistema más extendido de central hidroeléctrica. Mediante la construcción de una o más presas, se forman embalses que se utilizan para retener grandes cantidades de agua y, de este modo, regular el flujo que pasa por las turbinas que generan la electricidad. Las presas acumulan gran cantidad de agua dentro del embalse. Estas centrales tienen la capacidad de generar cantidades considerables de electricidad en forma constante durante ciertos períodos y se utilizan para la generación en horas pico.
Centrales de Filo de Agua o de Agua Fluyente
Las centrales de agua fluyente o pasante se sitúan en la orilla de un río para aprovechar el flujo y generar energía. Se emplean en ríos de caudal regular que pasan por relieves muy accidentados, desviando el cauce del agua hacia las turbinas que generan la corriente. Una vez obtenida la energía eléctrica, el agua desviada se devuelve al cauce del río. Las pequeñas centrales hidroeléctricas se localizan normalmente en lugares de caudales moderados y saltos pequeños. Estos proyectos generalmente desvían temporalmente una parte del caudal del río para la producción de energía hidroeléctrica.
Centrales Reversibles o de Bombeo
Su funcionamiento es muy similar al de una batería recargable de grandes dimensiones. La planta cuenta con dos embalses a diferentes alturas y conectados entre sí. Dentro de la modalidad de generación de energía mediante la construcción de presas, existe la posibilidad de controlar el caudal mediante un sistema de bombeo. Este método satisface la demanda en función de los picos de consumo que se experimenten. De tal forma, que se libera el agua cuando es necesario producir energía. En los momentos de bajo consumo de electricidad, la energía sobrante se utiliza para elevar el agua contenida en el embalse situado en el nivel más bajo al depósito superior mediante una o varias bombas. Las centrales reversibles o de bombeo utilizan parte de la energía generada en la producción de energía hidroeléctrica para bombear de nuevo el agua al embalse.
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Historia y Evolución de la Energía Hidráulica
El uso de recursos hídricos como fuente de energía es una práctica ancestral. De hecho, las bases del funcionamiento de la energía hidráulica se asentaron en la antigüedad. Las primeras civilizaciones en utilizar este tipo de generación eléctrica fueron la griega y la china. Los molinos movidos por agua para moler trigo no dejan de ser una forma de aprovechar el movimiento del agua.
Aunque la energía hidráulica como concepto alcanzaría su máximo esplendor y desarrollo con la Revolución Industrial en Gran Bretaña, cuando se utilizaba como fuente de energía para nuevas invenciones. Concretamente, a finales del siglo XIX, James B. Francis logró desarrollar una turbina hidráulica de alta eficiencia, dando lugar a la turbina Francis, capaz de transformar la energía potencial del agua en energía cinética rotacional aplicada a un eje. La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Gran Bretaña. Poco después, a finales del siglo XIX, con el desarrollo de los transformadores eléctricos y su adaptación a esta metodología, comenzaría la expansión de la energía hidráulica, utilizándose en las famosas Cataratas del Niágara en 1879 para alimentar el alumbrado público. A finales del siglo había más de 200 centrales hidroeléctricas en Estados Unidos y Canadá. Actualmente, la central hidroeléctrica china de las Tres Gargantas es la más grande del mundo, con una potencia instalada de 22.500 MW.
Ventajas de la Energía Hidráulica
La energía generada por el movimiento del agua tiene un gran número de ventajas. Es un tipo de energía totalmente ecológica ya que es limpia y no produce emisiones tóxicas. Gracias al ciclo del agua se puede considerar inagotable, lo que le confiere un carácter renovable. Además, es un recurso energético que tiene un abastecimiento estable, a diferencia de la energía eólica o solar, que son intermitentes. La energía hidroeléctrica es una de las más rentables y, en la actualidad, es una de las formas más económica de producir electricidad.
Desventajas y Desafíos de la Energía Hidráulica
Sin embargo, a pesar de ser una energía totalmente respetuosa con el medio ambiente, también tiene alguna desventaja. Por un lado, la construcción de presas o sistema de retención del caudal del agua, si no se proyectan de forma sostenible y ordenada, puede suponer un gran impacto medioambiental. La principal desventaja de este tipo de energía renovable es que altera el paisaje, así como la vida de los peces del río, modificando los caudales naturales. Además, la inversión inicial de construcción es elevada.
Otro inconveniente que existe es la dificultad de conocer qué caudal exacto tendrá el río, puesto que dependen de los ciclos meteorológicos (periodos secos vs. húmedos). Las épocas de sequía, que debido al cambio climático son cada vez más frecuentes, aumentan la dificultad de encontrar este recurso para la producción de este tipo de energía renovable. Finalmente, los emplazamientos hidráulicos suelen situarse lejos de las urbes, por lo que es necesario transportar la energía eléctrica producida a través de costosas instalaciones de transmisión.
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Situación Actual de la Energía Hidráulica
La energía hidráulica es uno de los grandes avances en la producción energética que aprovechan los recursos naturales para generar electricidad. En España, la energía hidráulica supone alrededor de un 14% del total de la energía que se utiliza, con más de 1350 centrales que emplean este tipo de energía para producir electricidad. Las investigaciones tecnológicas continúan para aumentar y mejorar la producción de electricidad a partir de la energía hidráulica y conseguir aumentar su producción.
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