Cómo funciona una central hidráulica

Cuando hablamos de energía renovable, el recurso natural con más presencia en las matrices energéticas de todo el mundo no es ni el viento ni el sol, sino el hídrico. Las centrales hidráulicas siguen siendo los proyectos con más capacidad instalada en cuanto a la clasificación de energía limpia y, aunque su crecimiento no se puede comparar con el de fuentes como la eólica y/o la solar fotovoltaica, las proyecciones de la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en inglés) estiman que la hidráulica continuará siendo esencial para garantizar el suministro eléctrico en todo el mundo hasta, como mínimo, el 2040.  Además, a pesar de que muchos países hayan dejado de apostar por este tipo de proyectos, las centrales hidráulicas se antojan indispensables para aportar flexibilidad y seguridad a los sistemas eléctricos, debido a su capacidad de almacenamiento, su operación y su regulación de producción energética. En este artículo vamos a conocer los diferentes tipos de centrales que existen y sus características.

¿Qué es la Energía Hidráulica? 

Entendemos por energía hidráulica o hidroeléctrica la que es capaz de transformar la fuerza de una corriente de agua en electricidad. Este proceso sucede en las centrales hidráulicas, instalaciones de gran tamaño que albergan agua en un embalse y lo canalizan a través de tuberías, en las que el agua se deja caer desde una cierta altura y pasa por una serie de turbinas que son las encargadas de producir la electricidad.

Se trata, por lo tanto, de una fuente de generación de energía renovable, que no emite gases de efecto invernadero, y cuyo recurso (el agua) es prácticamente inagotable.

En España, cerca del 15% de la electricidad anual se produce en este tipo de instalaciones.

Funcionamiento de una central hidráulica 

El proceso de conversión de energía que se lleva a cabo en este tipo de instalaciones comienza en un embalse. Al almacenar una gran masa de agua a una altura se dispone de una energía potencial que será la que se transforme en electricidad en los siguientes pasos.

La presa hidráulica tiene una serie de esclusas, aperturas que dejan fluir el agua para que ésta circule por una serie de conductos o tuberías. La energía contenida en el agua es ahora energía cinética, que al pasar por la turbina se convierte en electricidad.

Tras su transferencia, el agua vuelve al ciclo de un río u otro embalse, dependiendo del tipo de instalación, y la energía mecánica que mueve la turbina se transforma en electricidad en un generador eléctrico, que después se adaptará a las condiciones de la red a nivel de voltaje y tensión.

Tipos de Centrales Hidroeléctricas 

Las centrales hidráulicas pueden clasificarse según su potencia o su ubicación.

• Según su potencia

Diferenciando la capacidad instalada de la central, podemos clasificar este tipo de instalaciones como de gran potencia, las superiores a 10 MW, y las minihidráulicas, con menos de 10 MW de potencia.

A parte, la energía hidráulica puede estar presente en cualquier sistema que aproveche la circulación de un flujo de agua incluso con magnitudes de potencia de kW.

• Según su ubicación

Las centrales hidráulicas necesitan, como hemos visto, un flujo de agua para mover una turbina. A partir de este principio, se clasifican según su ubicación como puede ser de embalse, explicado anteriormente y el tipo más común, o de agua fluyente, las que aprovechan el curso de un río sin almacenar agua en grandes volúmenes.

Otra tipología de centrales que están ganando cada vez más protagonismo son las reversibles. Son instalaciones de embalse que emplean parte de la electricidad generada para bombear el agua de nuevo a la parte superior del embalse, de modo que son capaces de regular aún más su producción energética.

Este tipo de centrales consumen electricidad en horas valle, donde el precio de la energía es más económico, y es empleada para que los sistemas de bombeo hagan circular el agua en sentido contrario al habitual para generar la electricidad.

Debido a su alta capacidad de flexibilidad, la transición energética las considera como parte fundamental del mix eléctrico para apoyar la intermitencia de los recursos naturales como el viento o el sol. Gracias a ellas, por lo tanto, se puede producir electricidad cuando no hay ninguno de los dos recursos mencionados.

Ventajas de la energía hidráulica 

Como hemos visto en este artículo, la energía hidráulica es considerada una energía renovable y, como tal, comparte muchas de las ventajas de este tipo de fuentes. Pero, además, cabe destacar las siguientes:

1. Reduce la dependencia energética de otros recursos, especialmente de combustibles fósiles que son empleados para garantizar el suministro eléctrico. Esta particularidad es la que también ofrecen las centrales hidroeléctricas, ya que la disponibilidad del recurso y su gestión permite garantizar el suministro. Además, el recurso hídrico se encuentra en cualquier región, en mayor o menor medida, por lo que se puede considerar un recurso autóctono que favorece el desarrollo de la región.
2. Eficiencia, ya que se trata de una tecnología con un alto nivel de eficiencia, es decir, la cantidad de electricidad que se transforma procedente de la energía potencial del agua es muy alta.
3. El coste de la electricidad producida con esta tecnología es económico, dado que, aunque los costes de construcción y mantenimiento son altos, la muy larga vida útil de los proyectos hace que produzcan una electricidad a bajos costes. Aún así, en épocas de escasez de lluvia el precio puede incrementarse por los lógicos costes para producir con poco recurso.

Vistas estas importantes ventajas parece evidente que su desarrollo es una buena idea. Sin embargo, el elevado coste inicial de los proyectos, la dependencia de un recurso que si bien se considera inagotable cada vez se ve más afectado por el cambio climático y, sobre todo, el impacto en el entorno que generan este tipo de proyectos, ha ocasionado que la tecnología no participe especialmente en los planes de expansión de las matrices energéticas de Europa.

El futuro de la tecnología hidroeléctrica 

Si no se esperan grandes construcciones de centrales hidráulica, ¿cuál es el futuro de la tecnología?

Las presas hidráulicas están apostando por mejorar su eficiencia energética a partir de la digitalización, la mejora de sus componentes y la incorporación de la fotovoltaica.

La primera de ellas comprende la apuesta por la digitalización y el IoT, (Internet Of Things, por sus siglas en inglés), empleando tecnologías disruptivas para controlar el caudal y la situación de los embalses de manera remota, con el objetivo de programar de la manera más eficiente posible la producción de energía. Gracias a esta tecnología, se pueden crear duplicados digitales a partir de la información que recogen los sensores, y obtener un modelo de central hidráulica en digital que replique el funcionamiento de la real.

Dentro de la mejora de eficiencia también se incluye la continua búsqueda por mejorar las prestaciones de equipos como las turbinas, donde se trabaja en dar mayor rendimiento a partir de perfeccionar los diseños de los álabes, por ejemplo.

Otra de las tendencias importantes es la hibridación de las presas hidráulicas con paneles solares flotantes. Sus ventajas van desde la reducción de la evaporación del agua hasta la creación de nuevos ecosistemas, originando un extra de producción energética sobre una superficie que no se puede emplear para ninguna actividad.

EDPR ha sido pionera en este tipo de iniciativas, como lo demuestra el mayor parque solar flotante en un embalse de Europa en Alqueva. Se trata de una central solar con 12.000 paneles fotovoltaicos que flotan sobre la superficie del embalse de Alqueva, en Portugal, ocupando únicamente un 0,016% del área total del embalse. En cuanto a capacidad, suma 5 MW que son capaces de producir hasta 7,5 GWh al año.

Reflexiones 

Debido a la disponibilidad del recurso, la madurez de la tecnología y a sus múltiples ventajas como energía renovable, la hidráulica siempre ha sido una fuente indispensable para garantizar suministro eléctrico estable, limpio y flexible en todos los países que han contado con esta tecnología en sus matrices energéticas. Y así seguirá siendo para acompañar a otras tecnologías renovables mientras avanza la transición energética.