GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA Romeli Barbosa Pool Miguel Piñeirua Menendez
Introducción Como la mayor parte de las energías renovables, la energía extraída del agua para la generación de electricidad esta indirectamente vinculada con la energía solar. Proveé aproximadamente un sexto de la generación eléctrica mundial y representa el 90% del total de generación a base de energías renovables.
• Las características esenciales de una planta hidroeléctrica son la cabeza efectiva (la altura desde la que cae el agua) y el gasto volumétrico. • A grandes rasgos, la potencia generada es diez veces el producto de estos dos factores:
P(kW)= 10 x Q x H
• La cabeza y la potencia requerida determinan el tipo de turbina a ser utilizada en una planta hidroeléctrica. • Las turbinas consisten en un arreglo de álabes curvos, diseñados para extraer la mayor cantidad de energía posible del flujo de agua
El Recurso
Recursos Mundiales • Tabla 5.3
Capacidad Mundial
Contribución por País
Itaipú (Paraguay) • Es la planta hidroeléctrica más grande del mundo en cuanto a capacidad de generación • Cuenta con 18 turbinas y una caída de agua de 220m • Su capacidad de generación es de 12.36 GW
Guri (Venezuela) • Cuenta con 20 generadores • Tiene una altura de 162m • Su capacidad de generación es de 10 GW • Es la segunda planta en operación más grande del mundo después de Itaipú.
Grand Coulee (EU) • Es la estructura de concreto más grande de Estados Unidos • Cuenta con 33 generadores distribuidos en 4 plantas generadoras • La caída de agua es de 116 m • Su capacidad es de 6.8 GW
Fuente: Energy Information Administration
Tres Gargantas (China)
• Para 2009, contará con una capacidad de 18.2 GW • Cuenta con 26 generadores y una caída de agua de 181 m
Table 1 Hydropower installed capacity and electricity generation in recent years
Los flujos de agua fueron de los primeros recursos utilizados por el hombre para realizar trabajo. La noria fue la primera máquina en utilizar la energía del agua y fue utilizada desde el año 600 a.c.
Para el año 200 a.c se utilizaba la energía extraída del agua en molinos. Estos molinos aparecieron en medio oriente y después fueron perfeccionados durante el imperio romano.
Durante el siglo XIX, los decubrimientos hechos por Faraday sobre electromagnetismo, dieron origen a la primera turbina generadora de electricidad, aunque el desarrollo de esta tecnología se vio afectado por la aparición del carbón como principal fuente de energía.
Turbina de Fourneyron
Turbina de Poncelet
Breast Turbine
Overshot Wheel
Turbina Ossberg
TIPOS DE PLANTAS HIDROELÉCTRICAS
Las instalaciones de plantas hidroeléctricas se pueden clasificar de diferentes maneras: • • • •
Por su cabeza efectiva Por su capacidad Por el tipo de turbina utilizada Por su localización o tipo de presa
Cabeza Baja Por su poca capacidad de almacenamiento, dependen mucho del caudal y pueden presentar problemas debido a las variaciones de éste según la época del año
Cabeza Media y Alta Este tipo de instalaciones requieren de flujos menores debido a las grandes diferencias de presión (pueden alcanzar hasta 100 atm), sin embargo, la inversión de capital es muy grande debido a la complejidad y dimensiones de la instalación.
Tipos de Turbinas
Turbina Francis • Este tipo de turbina es de flujo radial, el caudal entra por la parte externa y sale por el centro. • La turbina Francis es la más utilizada actualmente ya que puede ser utilizada en instalciones de cabeza muy baja (2m), hasta 300m
• Pueden ser utilizadas con el eje de rotación en posición vertical u horizontal.
Turbina Kaplan • Esta turbina es de flujo axial. • Son de gran utilidad para flujos de agua muy grandes, por lo que su aplicación en instalaciones de cabeza baja es muy común.
Turbina Pelton • Este tipo de turbina es ideal para instalaciones de mas de 250m de altura. • El flujo de agua es dirigido a los álabes a través de inyectores, aprovechando las enormes presiones generadas por la altura de la instalación.
• La turbina Pelton no esta sumergida dentro del flujo, por lo que opera a presión atmosférica. • A este tipo de turbinas se les conoce como turbinas de impulsión.