Conocimiento de las fuentes de energía renovable así como su potencial uso para disminuir la dependencia del petróleo extranjero (página 3)
Enviado por Edian Franco
Energía de combustión directa
Energía de conversión térmica
Energía por fermentación alcohólica
Energía por descomposición anaeróbica
La energía de combustión directa se saca de la leña y otros desechos orgánico como excrementos de animales y celulosa se utiliza para obtener calor.
La energía por conversión térmica que consiste en la destilación de leña para generar carbón de leña, metanol, alcohol metálico, entre otros.
La energía por fermentación alcohólica que consiste en la fermentación de restos orgánicos tales como la caña de azúcar, la yuca y la madera, se cree que podría reemplazar a los combustibles fósiles. El etanol (alcohol etílico) se está usando actualmente como añadido de la gasolina.
La energía anaeróbica que consiste en la producción de gas en cámaras cerradas; se denominan biodigestores. Esta se logra mediante la fermentación de desechos orgánicos (excrementos, residuos orgánicos, etc.). El gas obtenido sirve para el gas de cocina y la iluminación.
Energía solar
La energía solar es la energía obtenida de la radiación solar transformándola en calor o electricidad. Los colectores solares transfieren la energía proveniente de la radiación solar al agua y la calientan. Las celdas fotovoltaicas que generan su energía eléctrica de la radiación electromagnética del sol, transformándola en energía eléctrica.
Sistema fotovoltaico
Es el sistema por el cual se genera la electricidad por la radiación electromagnética (luz visible, infrarrojos,ultravioletas…), éste consta de:
Un generador solar, compuesto de paneles fotovoltaicos que generan una corriente eléctrica, en función de la radiación solar.
Un acumulador, que guarda la energía electrica para disponerla en la noche y en los días nublados,baterías
Un regulador, que evita sobrecargas en el acumulador o descargas excesivas, ajustando la tension y corriente.
Un conversor, que convierte la electricidad producida(continua) en el mismo tipo que la red (España es 220 V alterna a 50 Hz).
Sistema solar térmico
Este sistema funciona calentando agua por el calor producido por la radiación solar. Este calentamiento puede producirse mediante concentración de radiación solar produciendo vapor de agua, y con una turbina energía eléctrica; O bien, puede emplearse sin concentración en calefacción o agua caliente sanitaria (ACS).
Energía geotérmica
Este tipo de energía trata de aprovechar el calor desprendido por la Tierra para obtener energía eléctrica. Dicho de otra forma, es la energía calórica contenida en el interior de la Tierra que se transmite por conducción térmica hacia la superficie.
También puede generarse energía eléctrica mediante la utilización de un vapor que pasa a través de una turbina que está conectada a un generador, y que produce electricidad.
Los usos más comunes son:
Uso sanitario.
Varios usos industriales como la pasteurización de la leche.
La implantación de calefacción en distritos enteros y viviendas individuales.
Balnearios.
Cultivos en invernaderos durante el periodo de nevadas.
Reducir el tiempo de crecimiento de pescados, crustáceos, etc.
Entre sus ventajas, podemos destacar:
Es un recurso de bajo coste.
Contribuye tanto a la generación de energía (produce electricidad) como con usos directamente de calor.
Evita la dependencia energética del exterior.
Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los combustibles fósiles (petróleo, carbón, etc.)
No produce ningún tipo de combustión
Funcionamiento de una central
Primero se perfora un agujero hasta el pozo de agua subterránea.
Se monta una tubería, destinada a llevar el vapor de agua a la superficie.
El vapor de agua pasa por una depuradora, porque lleva minerales que podrían ocasionar desperfectos en las turbinas.
Luego, pasan por las turbinas, que a su vez mueven un generador. El generador produce la electricidad y un transformador la convierte en corriente eléctrica.
La energía geotérmica es capaz de crear energía limpia para autos,casas etc. Islandia es unos de los lugares donde se crea más energía geotérmica.
Energía Mareomotriz
La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura en media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje.
Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. Es un tipo de energía renovable limpia.
Central en Francia
Energía Undimotriz
La Energía undimotriz es la energía producida por el movimiento de las olas. Es menos conocida y extendida que la maremotriz, pero cada vez se aplica más.
Algunos sistemas pueden ser:
Un aparato anclado al fondo y con una boya unida a él con un cable. El movimiento de la boya se utiliza para mover un generador. Otra variante sería tener la maquinaria en tierra y las boyas metidas en un pozo comunicado con el mar.
Un aparato flotante de partes articuladas que obtiene energía del movimiento relativo entre sus partes. Como la "serpiente marina" Pelamis.
Un pozo con la parte superior hermética y la inferior comunicada con el mar. En la parte superior hay una pequeña abertura por la que sale el aire expulsado por las olas. Este aire mueve una turbina que es la que genera la electricidad.
3.3-Ventajas e inconvenientes de la energía renovable
Energías ecológicas
Las fuentes de energía renovables son distintas a las de combustibles fósiles o centrales nucleares debido a su diversidad y abundancia. Se considera que el Sol abastecerá estas fuentes de energía (radiación solar, viento, lluvia, etc.) durante los próximos cuatro mil millones de años. La primera ventaja de una cierta cantidad de fuentes de energía renovables es que no producen gases de efecto invernadero ni otras emisiones, contrariamente a lo que ocurre con los combustibles, sean fósiles o renovables. Algunas fuentes renovables no emiten dióxido de carbono adicional, salvo los necesarios para su construcción y funcionamiento, y no presentan ningún riesgo suplementario, tales como el riesgo nuclear.
No obstante, algunos sistemas de energía renovable generan problemas ecológicos particulares. Así pues, los primeros aerogeneradores eran peligrosos para los pájaros, pues sus aspas giraban muy deprisa, mientras que las centrales hidroeléctricas pueden crear obstáculos a la emigración de ciertos peces, un problema serio en muchos ríos del mundo (en los del noroeste de Norteamérica que desembocan en el Océano Pacífico, se redujo la población de salmones drásticamente).
Naturaleza difusa
Un problema inherente a las energías renovables es su naturaleza difusa, con la excepción de la energía geotérmica la cual, sin embargo, sólo es accesible donde la corteza terrestre es fina, como las fuentes calientes y los géiseres.
Puesto que ciertas fuentes de energía renovable proporcionan una energía de una intensidad relativamente baja, distribuida sobre grandes superficies, son necesarias nuevos tipos de "centrales" para convertirlas en fuentes utilizables. Para 1.000 kWh de electricidad, consumo anual per cápita en los países occidentales, al propietario de una vivienda ubicada en una zona nublada de Europa debe instalar ocho metros cuadrados de paneles fotovoltaicos (suponiendo un rendimiento energético medio del 12,5%).
Sin embargo, con cuatro metros cuadrados de colector solar térmico, un hogar puede obtener gran parte de la energía necesaria para el agua caliente sanitaria aunque, debido al aprovechamiento de la simultaneidad, los edificios de pisos pueden conseguir los mismos rendimientos con menor superficie de colectores y, lo que es más importante, con mucha menor inversión por vivienda.
Irregularidad
La producción de energía eléctrica permanente exige fuentes de alimentación fiables o medios de almacenamiento (sistemas hidráulicos de almacenamiento por bomba, baterías, futuras pilas de combustible de hidrógeno, etc.). Así pues, debido al elevado coste del almacenamiento de la energía, un pequeño sistema autónomo resulta raramente económico, excepto en situaciones aisladas, cuando la conexión a la red de energía implica costes más elevados.
Diversidad geográfica
La diversidad geográfica de los recursos es también significativa. Algunos países y regiones disponen de recursos sensiblemente mejores que otros, en particular en el sector de la energía renovable. Algunos países disponen de recursos importantes cerca de los centros principales de viviendas donde la demanda de electricidad es importante. La utilización de tales recursos a gran escala necesita, sin embargo, inversiones considerables en las redes de transformación y distribución, así como en la propia producción.
Administración de las redes eléctricas
Si la producción de energía eléctrica a partir de fuentes renovables se generalizase, los sistemas de distribución y transformación no serían ya los grandes distribuidores de energía eléctrica, pero funcionarían para equilibrar localmente las necesidades de electricidad de las pequeñas comunidades.
Los que tienen energía en excedente venderían a los sectores deficitarios, es decir, la explotación de la red debería pasar de una "gestión pasiva" donde se conectan algunos generadores y el sistema es impulsado para obtener la electricidad "descendiente" hacia el consumidor, a una gestión "activa", donde se distribuyen algunos generadores en la red, debiendo supervisar constantemente las entradas y salidas para garantizar el equilibrio local del sistema. Eso exigiría cambios importantes en la forma de administrar las redes.
Sin embargo, el uso a pequeña escala de energías renovables, que a menudo puede producirse "in situ", disminuye la necesidad de disponer de sistemas de distribución de electricidad. Los sistemas corrientes, raramente rentables económicamente, revelaron que un hogar medio que disponga de un sistema solar con almacenamiento de energía, y paneles de un tamaño suficiente, sólo tiene que recurrir a fuentes de electricidad exteriores algunas horas por semana. Por lo tanto, los que abogan por la energía renovable piensan que los sistemas de distribución de electricidad deberían ser menos importantes y más fáciles de controlar.
La integración en el paisaje
Un inconveniente evidente de las energías renovables es su impacto visual en el ambiente local. Algunas personas odian la estética de los generadores eólicos y mencionan la conservación de la naturaleza cuando hablan de las grandes instalaciones solares eléctricas fuera de las ciudades. Sin embargo, todo el mundo encuentra encanto en la vista de los "viejos molinos a viento" que, en su tiempo, eran una muestra bien visible de la técnica disponible.
Otros intentan utilizar estas tecnologías de una manera eficaz y satisfactoria estéticamente: los paneles solares fijos pueden duplicar las barreras anti-ruido a lo largo de las autopistas, hay techos disponibles y podrían incluso ser sustituidos completamente por captadores solares, células fotovoltaicas amorfas que pueden emplearse para teñir las ventanas y producir energía, etc.
3.4-Las energías Renovables en la Actualidad
Representan un 20% del consumo mundial de electricidad, siendo el 90% de origen hidráulico. El resto es muy marginal: biomasa 5,5%, geotérmica 1,5%, eólica 0,5% y solar 0,05%.
Alrededor de un 80% de las necesidades de energía en las sociedades industriales occidentales se centran en torno a la industria, la calefacción, la climatización de los edificios y el transporte (coches, trenes, aviones). Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones a gran escala de la energía renovable se concentra en la producción de electricidad.
En España, las renovables fueron responsables del 19,8 % de la producción eléctrica. La generación de electricidad con energías renovables superó en el año 2007 a la de origen nuclear.
Greenpeace presentó un informe en el que sostiene que la utilización de energías renovables para producir el 100% de la energía es técnicamente viable y económicamente asumible, por lo que, según la organización ecologista, lo único que falta para que en España se dejen a un lado las energías sucias, es necesaria voluntad política. Para lograrlo, son necesarios dos desarrollos paralelos: de las energías renovables y de la eficiencia energética (eliminación del consumo superfluo).
Por otro lado, un 64% de los directivos de las principales utilities consideran que en el horizonte de 2018 existirán tecnologías limpias, asequibles y renovables de generación local, lo que obligará a las grandes corporaciones del sector a un cambio de mentalidad.
3.5- Impacto Ambiental de la Energía Renovable
Todas las fuentes de energía producen algún grado de impacto ambiental. La energía geotérmica puede ser muy nociva si se arrastran metales pesados y gases de efecto invernadero a la superficie; la eólica produce impacto visual en el paisaje, ruido de baja frecuencia, puede ser una trampa para aves. La hidráulica menos agresiva es la minihidráulica ya que las grandes presas provocan pérdida de biodiversidad, generan metano por la materia vegetal no retirada, provocan pandemias como fiebre amarilla, dengue, equistosomiasis en particular en climas templados y climas cálidos, inundan zonas con patrimonio cultural o paisajístico, generan el movimiento de poblaciones completas, entre otros Asuán, Itaipú, Yaciretá y aumentan la salinidad de los cauces fluviales.
La energía solar se encuentra entre las menos agresivas salvo el debate generado por la electricidad fotovoltaica respecto a que se utiliza gran cantidad de energía para producir los paneles fotovoltáicos y tarda bastante tiempo en amortizarse esa cantidad de energía. La mareomotriz se ha discontinuado por los altísimos costos iniciales y el impacto ambiental que suponen. La energía de las olas junto con la energía de las corrientes marinas habitualmente tienen bajo impacto ambiental ya que usualmente se ubican en costas agrestes. La energía de la biomasa produce contaminación durante la combustión por emisión de CO2 pero que es reabsorbida por el crecimiento de las plantas cultivadas y necesita tierras cultivables para su desarrollo, disminuyendo la cantidad de tierras cultivables disponibles para el consumo humano y para la ganadería, con un peligro de aumento del coste de los alimentos y aumentando la producción de monocultivos.
3.6- Islandia pionero en la Energía Renovable
Islandia es un pequeño país el cual se provee de energía mediante la energía geotérmica e hidroeléctrica. La energía geotérmica abunda en Islandia por la gran cantidad de volcanes y géiseres. Islandia no es autosuficiente y no se puede proveer del petróleo que consume, así que debe importarlo en su totalidad.
Pero en 2002 se encontró una alternativa que separa los átomos de hidrógeno mediante la electrólisis, debido a que en Islandia la energía sobra. Lo que se pretende es que dentro de pocos años la flota de buses sea completamente de hidrógeno, y que coches y barcos también. Por ahora hay una estación de hidrógeno y algunos coches y autobuses. Luego, pretende exportar el hidrógeno. Islandia es en este momento uno de los países con la tecnología del hidrógeno más desarrollada y le llevará una ventaja contundente a demás países que en este momento están empezando a desarrollar la energía de hidrógeno.
Energía Solar
La energía solar es aquella que proviene del aprovechamiento directo de la radiación del sol, y de la cual se obtiene calor y electricidad. El calor se obtiene mediante colectores térmicos, y la electricidad a través de paneles fotovoltaicos.
La energía solar, además de ser renovable y no contaminar el Medio Ambiente, es una energía muy abundante en España. Su utilización contribuye a reducir el efecto invernadero producido por las emisiones de CO2 (oxido de carbono) a la atmósfera, así como el cambio climático provocado por el efecto invernadero.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiación.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m².)
La energía del sol produce calor y hace posible que el hombre la utilice en forma directa mediante distintos elementos, es así como tenemos:
Colectores solares: Consiste en el aprovechamiento directo del sol, es decir absorben la radiación solar transfiriendo su energía calorífica al agua, que está almacenada en tubos, calentándola. Con el empleo de un conjunto de conectores se logra la forma más sencilla de generación a partir del sol; estos colectores calientan agua para producir vapor que a su vez hace girar una turbina y este giro en las turbinas crea el mismo funcionamiento que veremos mas adelante en las energías eólica.
Paneles o Celdas Fotovoltaicas:
El sol también emite radiaciones electromagnéticas, las cuales son aprovechadas por un sistema llamado fotovoltaico, el cual transforma estas radiaciones en energía eléctrica. Esto es debido a que Los paneles fotovoltaicos constan de un conjunto de celdas solares y son utilizadas para la producción de electricidad, y se perfilan como una adecuada solución para el abastecimiento eléctrico en las áreas rurales. La electricidad obtenida mediante los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse en forma directa, o bien ser almacenada en baterías para utilizarla durante la nocheo cuando el día este nubaldo.
4.1- Rendimiento de la energía solar
Cada sistema tiene diferentes rendimientos. Los típicos de una célula fotovoltaica (aislada) de silicio policristalino oscilan alrededor del 10%. Para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15%. Los más altos se consiguen con los colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar el 70% de transferencia de energía solar a térmica).
También la energía solar termoeléctrica de baja temperatura, con el sistema de nuevo desarrollo, ronda el 50% en sus primeras versiones. Tiene la ventaja que puede funcionar 24 horas al día a base de agua caliente almacenada durante las horas de sol.
A continuación, el sistema de discos Stirling (30-40%). Como ventaja añadida, el calor residual puede ser reaprovechado por cogeneración.
Los paneles solares fotovoltaicos tienen, como hemos visto, un rendimiento en torno al 15 % y no producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay líneas de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente. Sin embargo, son muy apropiados para instalaciones sencillas en azoteas y de autoabastecimiento –proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica-, aunque su precio es todavía alto. Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la paridad -igualar el precio de obtención de la energía solar fotovoltaica al de otras fuentes más ecnómicas en la actualidad-, existen primas a la producción, que garantizan un precio fijo de compra por parte de la red eléctrica. En el caso de Alemania, Italia o España.
También se estudia obtener energía de la fotosíntesis de algas y plantas, con un rendimiento del 3%.
Según el 21º Estudio del World Energy Council, para el año 2100 el 70% de la energía consumida será de origen solar.
4.2-Elementos que Forman el Sistema Fotovoltaico
El Sistema fotovoltaico consta de los siguientes elementos:
• Un generador solar, compuesto por un conjunto de paneles fotovoltaicos, que captan la radiación luminosa procedente del sol y la transforman en corriente continua a baja tensión (12 ó 24 V).
• Un acumulador, que almacena la energía producida por el generador y permite disponer de corriente eléctrica fuera de las horas de luz o días nublados.
• Un regulador de carga, cuya misión es evitar sobrecargas o descargas excesivas al acumulador, que le produciría daños irreversibles; y asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficiencia.
• Y si es necesario un inversor, la cual transforma la corriente continua de 12 ó 24 V almacenada en el acumulador, en corriente alterna de 120 V.
4.3- Célula Solar
Algunas células solares funcionan en base a una plaqueta delgada de silicio monocristalino, que ha sido tratada para poder convertir la luz del sol en corriente eléctrica. El silicio se obtiene de la arena ordinaria. Dada la eficiencia de la célula solar y la duración de su vida útil, se calcula que una tonelada de arena puede generar la misma cantidad de electricidad que se produce quemando más de medio millón de toneladas de carbón. (Philippe Ilailly/SPL).
La producción de electricidad a partir de células fotovoltaicas en 1997 es aún seis veces más cara que la obtenida en centrales de carbón, pero hace tan sólo una década era dieciocho veces más, lo que permite que el empleo de células fotovoltaicas para producir electricidad en lugares alejados de las redes de distribución ya compita con las alternativas existentes, como generadores eléctricos a partir del petróleo. En los próximos 5 años se espera reducir el coste del kWh a 12 centavos de dólar, a 10 para antes del año 2010 y a 4 centavos para el 2030. A lo largo de toda la década el mercado fotovoltaico creció a ritmos anuales superiores al 40%; entre 1971 y 1996 se han instalado en el mundo 700 megavatios de células fotovoltaicas.
La energía solar fotovoltaica, es decir, los paneles solares para producción de electricidad tienen ahora un peso estadísticamente nulo entre las renovables y en el IDAE creen que deberán pasar bastantes años para que despegue. Dicen que es muy cara porque la tecnología no está suficientemente desarrollada para hacerla rentable. Greenpeace no está de acuerdo, José Luis García Ortega, experto en renovables de esta organización ecologista, asegura que "si el billón de pesetas que el Gobierno va a donar a las eléctricas se destinara a la solar fotovoltaica tendría un presente y futuro asegurado". Este grupo ecologista mantiene que el futuro de la solar fotovoltaica pasa porque el Ejecutivo, además de fijar el precio para su trasvase a la red (60 pesetas por kilovatio transferido), las exigencias de la reglamentación no sean disuasorias sino que la potencien. Las empresas que fabrican estos paneles confían en que esta nueva norma impulse considerablemente su industria.
4.4 -Funcionamiento en Gráficos
4.5- Clasificación de la tecnología solar
Clasificación por tecnologías y su correspondiente uso más general:
Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.
Energía solar térmica: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
Energía solar fotovoltaica: Para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se excitan con la radiación solar.
Energía solar termoeléctrica: Para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico)
Energía solar híbrida: Combina la energía solar con la combustión de biomasa, combustibles fósiles, Energía eólica o cualquier otra energía alternativa.
Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.
4.6- Usos de la Energía Solar
Otros usos de la energía solar y ejemplos más prácticos de sus aplicaciones:
Huerta solar
Central térmica solar, como:
la que está en funcionamiento desde el año 2007 en Sanlúcar la Mayor (Sevilla), de 11 MWh de potencia que entregará un total de 24 GWh al año
y la de Llanos de Calahorra, cerca de Guadix, de 50 MWh de potencia. En proyecto Andasol I y II.
Potabilización de agua
Cocina solar
Destilación
Evaporación
Fotosíntesis
Secado
Arquitectura sostenible
Cubierta Solar
Acondicionamiento y ahorro de energía en edificaciones
Calentamiento de agua
Calefacción doméstica
Iluminación
Refrigeración
Aire acondicionado
Energía para pequeños electrodomésticos
La Energía Hidráulica
La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estén en funcionamiento centran la atención en esta fuente de energía.
La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolución Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenzó a tener gran importancia con la aparición de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían necesaria la construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor con en cuanto se pudo disponer de carbón.
La primera central hidroeléctrica moderna 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 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.
Toma para el canal de riego en Alloz
A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de energía hidroeléctrica eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, este tipo de energía representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), Zaire (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. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6500 Mw y es una de las más grandes.
En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados. En Euskadi, debido a que los ríos son de curso corto y no conducen caudales importantes, existen bastantes minicentrales hidráulicas. En el resto de España hay problemas de escasez de agua y se han construido presas para riego. Posteriormente han sido aprovechadas para generar energía, y actualmente tenemos una fracción importante de energía hidroeléctrica instalada.
Presa de bóveda de Alloz
5.1 Origen
El origen de la energía hidráulica está en el ciclo hidrológico de las lluvias y por tanto, en la evaporación solar y la climatología que remontan grandes cantidades de agua a zonas elevadas de los continentes alimentando los ríos. Este proceso está originado, de manera primaria, por la radiación solar que recibe la Tierra.
Estas características hacen que sea significativa en regiones donde existe una combinación adecuada de lluvias, desniveles geológicos y orografía favorable para la construcción de represas. Es debida a la energía potencial contenida en las masas de agua que transportan los ríos, provenientes de la lluvia y del deshielo. Puede ser utilizada para producir energía eléctrica mediante un salto de agua, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
5.1.1 –Evolución Histórica
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 energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.
Antigua rueda hidráulica
La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó las industrias textil y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio.
Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes presas de contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano y el otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.
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 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad. La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX.
A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. 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. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 MW y es una de las más grandes.
En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados.
Desarrollo de la energía hidroeléctrica
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 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.
La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turninas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales.
Además de las centrales situadas en presas de contención, que dependen del embalse de grandes cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la caída natural del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman de agua fluente. Una de ellas es la de las Cataratas del Niágara, situada en la frontera entre Estados Unidos y Canadá.
A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), Zaire (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. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 Mw y es una de las más grandes.
En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados.
La energía hoy
Desde hace años, el desarrollo de nuestra sociedad se basa en la utilización de la energía, un amplio abanico de actividades productivas y recreativas. En un esquema simple sus aplicaciones se pueden dividir en dos grupos:
Combustibles de uso directo, empleados básicamente para la calefacción doméstica y de edificios de servicios, en diferentes procesos y equipos industriales y en automoción. Provienen en gran medida del petróleo, pero también del carbón y el gas natural. Suponen dos tercios del consumo de energía primaria en un país industrializado medio.
Electricidad, que se emplea en iluminación y en accionamiento de equipos; electrodomésticos y maquinaria industrial, hornos y otros procesos industriales. Proviene de diferentes fuentes: carbón y otros combustibles fósiles, energía hidráulica y nuclear. Representa un tercio de la energía primaria que utiliza un país industrializado medio.
En ambos casos, la energía se recibe desde empresas de medio y gran tamaño a través de redes de transportes y distribución complejas que suponen unas inversiones de fuerte magnitud. En la vuelta a las energías renovables, éstas se utilizan en gran medida para la producción de electricidad, pero también se obtienen de ellas combustibles de uso doméstico e industrial, así como biocombustibles líquidos para automoción.
La inserción de las renovables en el esquema energético se hace a través de las redes ya existentes de suministro eléctrico o de combustibles de uso directo, aunque también se plantea el uso de estas energías para satisfacer las demandas de comunidades aisladas de las redes de distribución energética convencionales.
5.2- Central Hidroeléctrica
Una central hidroeléctrica es aquella que utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de le evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda.
En general aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una o varias turbinas hidráulicas las cuales trasmiten la energia a un alternador en cual la convierte en energía eléctrica.
Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:
- La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.
- La energía garantizada, en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.
La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios), como en el caso de las minicentrales hidroeléctricas, hasta 14.000 MW como en Paraguay y Brasil donde se encuentra la segunda mayor central hidroeléctrica del mundo (la mayor es la Presa de las Tres Gargantas, en China, con una potencia de 22.500 MW), la Itaipú que tiene 20 turbinas de 700 MW cada una. Cada turbina suele tener unas 20 pulgadas de longitud con un perímetro de 40 cm.
5.2.1- Tipos de Centrales Hidroeléctricas
Por la Presión ejercida por el agua
Centrales de baja presión: Son centrales hidroeléctricas situadas en corrientes de agua con desniveles de caída de 10 metros o superiores y se construyen intercalándolas en los cursos de los ríos o de los canales. Por razones de índole económica y ecológica el agua se utiliza en su curso natural, siendo embalsada mediante presas. Estas centrales hidroeléctricas pequeñas tienen la desventaja de proporcionar una corriente eléctrica fluctuante, puesto que las variaciones estacionales de las precipitaciones pueden hacer variar el flujo de agua, y por tanto la cantidad de agua disponible.
Centrales de mediana o alta presión: Son centrales hidroeléctricas de acumulación o de bombeo (desniveles hasta 100 m.). Estas centrales disponen de zonas de embalse en forma de embalses de gran tamaño o zonas enteras de ríos en las que el agua se acumula durante períodos cortos (acumulación diaria) o más prolongados (acumulación anual). Las centrales hidroeléctricas de acumulación se construyen casi siempre en presas de valles, y aprovechan el agua de cursos naturales renovables. Las centrales hidroeléctricas de bombeo, por el contrario, son centrales que en las épocas de superproducción de energía eléctrica bombean el agua hasta un nivel más elevado para volver a transformar la energía potencial generada, en energía eléctrica en horas de pico de carga. Por esta razón, las centrales hidroeléctricas de bombeo no pueden clasificarse en la categoría de plantas que aprovechan energías renovables.
Según su concepción arquitectónica
Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta, y conectadas por medio de una tubería en presión.
Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías en presión, o por la combinación de ambas.
Según su régimen de flujo
Centrales a filo de agua. También denominadas centrales de agua fluyente o de pasada, utilizan parte del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan en forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento, limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del río es baja.
Centrales de embalse. Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan un embalse para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es posible generar energía durante todo el año si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversión mayor.
Centrales de acumulación por bombeo Se trata de un tipo de central que solo genera energía en horas punta y la consume en horas valle (noches y fines de semana), mediante un grupo electromecánico de bombeo y generación. Justifican su existencia para hacer frente a variaciones de demanda energética en horas determinadas. Distinguimos tres tipos; centrales puras de acumulación, centrales mixtas de acumulación y centrales de acumulación por bombeo diferencial.
Otros tipos de centrales hidroeléctricas
Centrales mareomotrices.Utilizan el flujo y reflujo de las mareas. Pueden ser ventajosas en zonas costeras donde la amplitud de la marea es amplia, y las condiciones morfológicas de la costa permiten la construcción de una presa que corta la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.
Centrales mareomotrices sumergidas.Utilizan la energía de las corrientes submarinas. En 2002, en Gran Bretaña se implementó la primera de estas centrales a nivel experimental.
Centrales que aprovechan el movimiento de las olas. Este tipo de central es objeto de investigación desde la década de los 80. A inicios de agosto de 1995, el "Ocean Swell Powered Renewable Energy (OSPREY)" construyó la primera central que utiliza la energía de las olas en el norte de Escocia. La potencia de esta central es de 2 MW. Lamentablemente fue destruida un mes más tarde por un temporal.
Los tipos de turbinas qué hay son Francis, Turgo, Kaplan y Pelton. Para la transformación de la energía mecánica en energía eléctrica.
5.3- Aspectos Generales de una Hidroeléctrica
El emplazamiento
Dado que, normalmente, el caudal de los ríos no asegura una aportación regular de agua, la construcción de una central hidroeléctrica requiere del embalse previo del agua , en una presa. Se forma así un lago artificial en el que puede generarse un salto a partir del cual se libera la energía potencial de la masa de agua, que se transforma posteriormente en energía eléctrica.
El emplazamiento de una central hidroeléctrica viene condicionada lugar, por las peculiaridades orográficas del terreno. No obstante, existen dos modelos básicos: el aprovechamiento por derivación de las aguas y el aprovechamiento acumulación.
Aprovechamiento por derivación
En este primer caso, las aguas del río se desvían mediante la construcción de una pequeña presa hacia un canal que las conduce hasta un depósito, la cámara de carga procurando que la pérdida de nivel sea mínima.
Aprovechamiento por acumulación
En las centrales de aprovechamiento por acumulación se construye una presa a altura determinada, en un tramo del río que presenta un desnivel apreciable. De esta manera, el nivel del agua se sitúa en un punto cercano al extremo superior de la presa. Para aprovechar el volumen de embalse de ¡a cota superior, a medía altura se emplaza la toma de aguas; en la base inferior se sitúa el sistema de turbina-alternador
5.4- Funcionamiento de una central hidroeléctrica: componentes principales
La presa
Se trata de un elemento esencial en los aprovechamientos hidráulicos. Existen dos grandes tipos de presas, las de gravedad y las de bóveda. En el primer caso, el propio peso del muro de la presa sirve para contener el agua. En las presas de bóveda, Li contención de las aguas se consigue mediante el empuje que ejercen los dos extremos del arco formado por la presa sobre las paredes laterales de la roca.
Aliviaderos
En la pared principal de la presa existen puntos donde parte del agua retenida se ¡ibera sin necesidad de que pase previamente por la sala de máquinas, donde se localiza el sistema de turbina-alternador Los aliviaderos entran en funcionamiento cuando se producen grandes avenidas en el río o para asegurar las necesidades del riego.
La salida del agua por los aliviaderos se regula gracias a la presencia de grandes puertas metálicas. La energía de caída del agua ha de ser disipada para evitar cause daños en su caída a los terrenos emplazados aguas abajo de la presa. La instalación de cuencos de amortiguación permite guiar la corriente.
Tomas de agua
Se sitúan en la pared anterior de la presa, la que da al embalse. Desde las agua parten diversas conducciones que se dirigen hacia las turbinas. Unas compuertas permite regular el volumen de agua que llega a la sala de máquinas otra parte, la existencia de rejillas metálicas impide el acceso de elementos tales como troncos o ramas, que podrían dañar la maquinaria. Desde la toma de agua pasa a una tubería forzada que atraviesa el cuerpo de la presa y con hacia las máquinas de la central. En el interior de la tubería, el agua transforma la energía potencial en cinética, es decir, adquiere velocidad.
La sala de máquinas: turbina y alternador
La turbina y el alternador son los mecanismos esenciales de la central hidroelélectrica. Cuando el agua llega a las máquinas, actúa sobre los alabes de la turbinas,—girar el rodete y perdiendo energía. El rodete de la turbina permanece unido al rotor del alternador, que, al girar con los polos excitados por una corriente induce una corriente alterna en las bobinas del estator del alternador. Cuando ha cedido su energía, es restituida nuevamente al río, aguas abajo de la instalación. Unido al eje de la turbina y el alternador gira un generador de corriente empleado para excitar los polos del rotor del alternador. De esta manera, en los terminales del estator aparece una corriente alterna de media tensión y alta intensidad. Mediante un transformador esta corriente altera sus propiedades y pasa a ser alta tensión y baja intensidad. Se encuentra ya disponible para ser transportada mediante líneas de alta tensión hacia los centro de distribución y consumo
5.5- Turbina hidráulica
Una turbina hidráulica es una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de una Central hidroeléctrica.
Clasificación.
Por ser turbomáquinas siguen la misma clasificación de estas, y pertenecen, obviamente, al subgrupo de las turbomáquinas hidráulicas y al subgrupo de las turbomáquinas motoras. En el lenguaje común de las turbinas hidráulicas se suele hablar en función de las siguientes clasificaciones:
De acuerdo al cambio de presión en el rodete o al grado de reacción
Turbinas de acción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.
Turbinas de reacción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo si sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.
Para clasificar a una turbina dentro de esta categoría se requiere calcular el grado de reacción de la misma. Las turbinas de acción aprovechan únicamente la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reacción aprovechan además la pérdida de presión que se produce en su interior.
De acuerdo al diseño del rodete
Esta clasificación es la más determinista, ya que entre las distintas de cada género las diferencias sólo pueden ser de tamaño, ángulo de los àlabes o cangilones, o de otras partes de la turbomáquina distintas al rodete. Los tipos más importantes son:
Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua pequeños y con grandes caudales.(Turbina de reacción)
Turbina Hélice: son exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de estas, no son capaces de variar el ángulo de sus palas.
Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial. Son resultado directo de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o palas si dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeños.(Turbina de acción)
Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen alguno diseños complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudales medios.
5.6- Centrales Minihidraulicas
Minihidraulica
Las centrales hidroeléctricas con potencia inferior a 10 MW se denominan centrales minihidráulicas. La energía minihidráulica sí se considera, sin embargo, como una energía renovable ya que los sistemas de distribución y gestión empleados son diferentes a los de las centrales de elevada potencia y su impacto ambiental es mucho más reducido. Para la obtención de energía minihidráulica no siempre es necesario incluir una presa en la instalación y si esta existe no debe superar los 15 metros de altura.
A principios del siglo XX se construyeron numerosas centrales minihidráulicas para abastecer a pequeños municipios o industrias, aunque en el último cuarto de siglo éstas se sustituyeron por otras centrales de mayor tamaño y con mayor poder de distribución. Actualmente se está intentando volver a poner en marcha antiguas instalaciones, además de implantar otras nuevas, ya que están demostradas las ventajas de carácter medioambiental de este tipo de instalaciones.
Las instalaciones minihidráulicas contribuyen a la diversificación de las fuentes, permiten el acercamiento al usuario, convirtiendo la energía en un recurso gestionado de manera local, y dan servicio a zonas aisladas, como en el caso de las microcentrales, de escaso impacto ambiental y múltiples posibilidades de localización.
La tecnología empleada en todos estos procesos es ya una tecnología madura debido a su larga trayectoria por lo que a nivel técnico no se esperan novedades importantes, lo que aporta seguridad y conocimiento en su aplicación. Nuestro país cuenta con un gran número de empresas que disponen a tecnología moderna que ofrece en el mercado una amplia gama de bienes de equipo de alta calidad y prestaciones, que van incorporando los últimos avances tecnológicos para incrementar los rendimientos, disminuir los costes y el impacto ambiental.
Funcionamiento y clasificación de las centrales minihidráulicas
La energía hidráulica se obtiene a partir de la energía cinética y potencial generada por una corriente de agua al salvar el desnivel existente entre dos puntos. Esta energía se transforma en energía eléctrica por medio de turbinas que se mueven debido a la masa de agua que pasa por su interior. Las turbinas transmiten la potencia mecánica de su rotación mediante un eje a un generador de electricidad o alternador.
La potencia de una instalación se determina mediante el producto del caudal de agua por el salto o desnivel que salva el curso. Las centrales minihidráulicas se localizan normalmente en lugares de caudales moderados y saltos pequeños.
Los tipos de centrales minihidráulicas se pueden definir en base a criterios de funcionamiento o de potencia.
Según la forma en la que se recibe y se produce la acumulación del agua se pueden clasificar en:
Centrales de agua fluente: Son centrales que no disponen de ningún tipo de regulación por lo que el caudal varía en función del régimen hidrológico anual.
Centrales de flujo regulado: Son aquellas en las que se puede regular el agua a través de un depósito de regulación diario, semanal o mensual. Se destinan a usos hidroeléctricos o a otros fines (riego o abastecimiento) estando localizadas aguas abajo de los embalses.
Graduándolas según la potencia producida se pueden distinguir los siguientes tipos de centrales:
Pico centrales: Potencia < 5 kW
Micro centrales: Potencia< 100 kW
Mini centrales: Potencia< 1.000 kW
Pequeñas centrales: Potencia< 10.000 kW
Para proceder a la Instalación de una central minihidráulica se tienen que seguir una serie de pautas que determinarán su viabilidad. A continuación pasamos a enumerarlas:
Elección del lugar basándose en la disponibilidad del territorio y la accesibilidad al mismo, teniendo en cuenta que la accesibilidad es inversamente proporcional al impacto ambiental.
Determinación del caudal de agua (litros/s) y el salto disponible (m) para poder determinar el cálculo de la potencia teórica de la que vamos a disponer, en todo caso menor de 10 MW.
Tramitación de autorizaciones y permisos necesarios.
Estudio de viabilidad económica de la instalación.
Construcción e implementación.
Gestión y mantenimiento efectivo, protegiendo las calidades ambientales del sistema fluvial.
Aplicaciones de la energía minihidráulica
Los sistemas minihidráulicos pueden aplicarse en todos aquellos lugares donde exista un curso de agua y un cierto desnivel. Los sistemas de potencia más reducida son los de implantación más sencilla, y con menor impacto ambiental, y sirven principalmente para abastecer a zonas aisladas donde existen dificultades para acceder a la red eléctrica general.
Se pueden distinguir dos tipos de sistemas según su relación con la red eléctrica:
Sistemas aislados: Son sistemas no conectados a la red eléctrica general siendo habitualmente picocentrales para autoabastecimiento con consumo reducido.
Sistemas conectados:Son sistemas conectados a la red eléctrica general con potencia al menos de microcentral en los que se cede la energía sobrante del autoconsumo a la red.
5.7- Ventajas Y Desventajas de la Energía Hidráulica
Ventajas
La energía hidroeléctrica en general, y su uso en particular, presenta ciertas ventajas sobre otras fuentes de energía, como son :
Disponibilidad: Es un recurso inagotable, en tanto en cuanto el ciclo del agua perdure.
"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.
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)
Evita inundaciones por regular el caudal
Desventajas
Sin embargo, también tiene una serie de inconvenientes :
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.
5.8- Centrales Hidroeléctricas en el Mundo (Graficas)
Algunos datos comparativos sobre disponibilidad, producción y consumo de energía hidroeléctrica:
Energía Mareomotriz
Las mareas son oscilaciones periódicas del nivel del mar. Es difícil darse cuenta de este fenómeno lejos de las costas, pero cerca de éstas se materializan, se hacen patentes por los vastos espacios que periódicamente el mar deja al descubierto y cubre de nuevo.
La energía mareomotriz se debe a las fuerzas de atracción gravitatoria entre la Luna, la Tierra y el Sol. La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura en media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje.
Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. Es un tipo de energía renovable limpia.
La energía mareomotriz tiene la cualidad de ser renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una proliferación notable de este tipo de energía.
La energía estimada que se disipa por las mareas es del orden de 22000 TWh. De esta energía se considera recuperable una cantidad que ronda los 200 TWh.
El obstáculo principal para la explotación de esta fuente es el económico. Los costes de inversión tienden a ser altos con respecto al rendimiento, debido a las bajas y variadas cargas hidráulicas disponibles. Estas bajas cargas exigen la utilización de grandes equipos para manejar las enormes cantidades de agua puestas en movimiento. Por ello, esta fuente de energía es sólo aprovechable en caso de mareas altas y en lugares en los que el cierre no suponga construcciones demasiado costosas.
La limitación para la construcción de estas centrales, no solamente se centra en el mayor coste de la energía producida, si no, en el impacto ambiental que generan.
6.1- Historia
Belidor, profesor en la escuela de Artillería de La Fère (Francia), fue el primero que estudió el problema del aprovechamiento de la energía cinética de las mareas, y previó un sistema que permitía un funcionamiento continuo de dicha energía, empleando para ello dos cuencas o receptáculos conjugados.
La utilización de las mareas como fuente de energía montaba varios siglos. Los ribereños de los ríos costeros ya habían observado corrientes que hacían girar las ruedas de sus molinos, que eran construidos a lo largo de las orillas de algunos ríos del oeste de Francia y otros países en los cuales las mareas vivas son de cierta intensidad. Aún pueden verse algunos de estos molinos en las costas normandas y bretonas francesas. Los progresos de la técnica provocaron el abandono de máquinas tan sencillas de rendimiento, hoy escaso.
Las ideas de Belidor fueron recogidas por otros ingenieros franceses que proyectaron una mareomotriz en el estuario de Avranches, al norte y a 25 Km. De Brest basándose en construir un fuerte dique que cerrase el estuario y utilizar la energía de caída de la marea media, calculando las turbinas para aprovechar una caída comprendida entre 0,5 y 5,6 metros. Los estudios para este proyecto estaban listos a fines de 1923, pero el proyecto fue abandonado.
Otros proyectos se estudiaron en los Estados Unidos para aprovechar la energía de las mareas en las bahías de Fundy y otras menores que se abren en ella, en las cuales las mareas ofrecen desniveles de hasta 16,6 metros. En la Cobscook se construyo una mareomotriz de rendimiento medio, lo cual duró durante pocos años, pues su rendimiento resultaba mas caro que las centrales termoeléctricas continentales.
Las teorías expuestas por Belidor en su Tratado de Arquitectura hidráulica (1927) quedaron en el aire; pero la idea de aprovechar la enorme energía de las mareas no fue jamás abandonada del todo; solo cuando la técnica avanzo lo suficiente, surgió un grupo de ingenieros que acometió el proyecto de resolver definitivamente el problema.
La primera tentativa seria para el aprovechamiento de la energía de las mareas se realiza actualmente en Francia, precisamente en el estuario de Rance, en las costas de Bretaña. Solo abarca 2.000 ha , pero reúne magnificas condiciones para el fin que se busca; el nivel entre las mareas alta y baja alcanza un máximo de 13,5 metros, una de las mayores del mundo. El volumen de agua que entrara en la instalación por segundo se calcula que en 20.000 m3. , cantidad muy superior a la que arroja al mar por segundo el Rin. Su coste será de miles de millones de francos; pero se calcula que rendirá anualmente mas de 800 millones de kv/h. Un poderoso dique artificial que cierra la entrada del estuario; una esclusa mantiene la comunicación de éste con el mar y asegura la navegación en su interior.
Todos los elementos de la estación mareomotriz – generadores eléctricos, máquinas auxiliares, las turbinas, los talleres de reparación, salas y habitaciones para el personal director y obreros-, todo está contenido, encerrado entre los muros del poderoso dique que cierra la entrada del estuario. Una ancha pista de cemento que corre a lo largo de todo él.
La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario del Rance (Francia). Los primeros molinos de marea aparecieron en Francia, en las costas bretonas, a partir del siglo XII. El molino se instalaba en el centro de un dique que cerraba una ensenada. Se creaba así un embalse que se llenaba durante el flujo a través de unas compuertas, y que se vaciaba en el reflujo, durante el cual, la salida del agua accionaba la rueda de paletas. La energía sólo se obtenía una vez por marea. Si se ha tardado tanto tiempo en pasar de los sistemas rudimentarios a los que hoy en día conocemos, es porque, la construcción de una central mareomotriz plantea problemas importantes, requiriendo sistemas tecnológicos avanzados.
También Gran Bretaña proyectó construir una central mareo motriz, en el estuario de del río Severn, pero este proyecto un obtuvo un gran rechazo social por el impacto al ecosistema.
6.2- Funcionamiento
Este movimiento de ascenso y descenso de las aguas del mar se produce por las acciones atractivas del Sol y de la Luna. La subida de las aguas se denomina flujo, y el descenso reflujo, éste más breve en tiempo que el primero.. Los momentos de máxima elevación del flujo se denomina pleamar y el de máximo reflujo bajamar.
La amplitud de mareas no es la misma en todos los lugares; nula en algunos mares interiores, como en el Mar Negro, entre Rusia y Turquía; de escaso valor en el Mediterráneo, en el que solo alcanza entre 20 y 40 centímetros, es igual débil en el océano Pacífico. Por el contrario, alcanza valor notable en determinadas zonas del océano Atlántico, en el cual se registran las mareas mayores.
Pero aún la supera la marea en determinados lugares, tales como en las bahías de Fundy y Frobisher, en Canadá (13,6 metros), y en algunos rincones de las costas europeas de la Gran Bretaña, en el estuario del Servern (13,6 metros), y de Francia en las bahías de Mont-Saint-Michel (12,7 metros) y el estuario de Rance (13 metros).
El agua podría ser atrapados o retenidos dentro de estructuras hechas especialmente durante la marea alta. Un embalse de agua de contención llama una laguna de mareas se construye. La laguna se llena con el agua como la marea llega hasta el depósito.
| Página siguiente |