Centrales eléctricas productoras de energía
La necesidad de disponer de energía eléctrica en grandes cantidades y de manera inmediata hace necesaria la existencia de centrales productoras que transforman la energía primaria en energía eléctrica. Estas instalaciones, denominadas centrales eléctricas, disponen de un conjunto de máquinas motrices y aparatos que se utilizan para generar energía eléctrica.
Tipos de centrales
Según el servicio que proporcionan en el consumo global de la red, las centrales se clasifican en los siguientes tipos:
Centrales de base o principales
Están destinadas a suministrar energía eléctrica de forma continua. Tienen una potencia elevada y normalmente son las centrales nucleares, las grandes centrales termoeléctricas y las centrales hidroeléctricas.
Centrales de punta
Están proyectadas para cubrir demandas de energía en hora punta.
Centrales de reserva
Son las que tienen por objetivo sustituir total o parcialmente la producción de una central de base, en caso de avería o reparación.
Centrales de bombeo
Son centrales hidroeléctricas que aprovechan la energía sobrante en las horas valle para bombear agua a un embalse superior y en las horas punta la aprovechan para proporcionar energía a la red.
Centrales hidroeléctricas
Se basan en el aprovechamiento de la energía del agua que transportan los ríos para convertirla en energía eléctrica. Utilizan turbinas acopladas a alternadores. Transformaciones: energía potencial → energía cinética → energía cinética de rotación → energía eléctrica → utilización. Hay dos tipos:
1) Centrales de agua fluyente
Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica disponible se puede utilizar directamente para accionar las turbinas.
2) Centrales de agua embalsada
El agua se acumula en un lago artificial o pantano y se utiliza en función de las necesidades de energía eléctrica.
a) Centrales de derivación
Las aguas del río se desvían por medio de una pequeña presa hacia un canal con el mínimo desnivel posible. La diferencia de nivel entre las aguas del canal de derivación y el río irá aumentando en función de la longitud del canal.
b) Centrales de acumulación
Se sitúan en un tramo de río con desnivel apreciable, donde se construye una presa que obstaculiza el paso de las aguas y se produce un embalse. El agua adquiere más o menos energía potencial en función de su altura a media altura de la presa.
Componentes de una central hidroeléctrica
La toma
Es una construcción, normalmente de hormigón, que se levanta sobre el cauce del río y es perpendicular a su dirección con la finalidad de retener el agua para elevar su nivel y formar un embalse o lago artificial.
Presa de gravedad
La fuerza del agua almacenada se contrarresta con el mismo peso de la presa.
Toma de vuelta o de arco sencillo
La planta de la presa forma un arco que debe estar fuertemente anclado en las paredes laterales del río, donde transmite las fuerzas que provocan la contención del agua.
Los conductos de agua
Para alimentar las turbinas, las presas tienen unas compuertas que permiten regular el caudal y están protegidas por unos enrejados metálicos que impiden que elementos como ramas, troncos, etc., puedan deteriorarlas.
Sala de máquinas
En la sala de máquinas están las máquinas motrices de la central, los llamados grupos turboalternador. En función de la altura del salto y del caudal de agua, se utilizan diferentes tipos de turbinas: las más importantes son las turbinas Pelton, turbinas Francis y turbinas Kaplan.
Transformadores y parque de distribución
La tensión de la corriente eléctrica obtenida en los alternadores es igual o inferior a 20 kV. Para elevar la tensión a un valor adecuado para su transporte a los centros consumidores se utilizan transformadores.
Funcionamiento de una central hidroeléctrica
La presa retiene el agua del río y provoca un embalse, un aumento del nivel del agua. A pie de presa se encuentra la sala de máquinas con los grupos turboalternador. El agua llega a las turbinas a través de una tubería forzada alimentada desde el embalse por las presas de agua, equipadas con compuertas y verjas. La energía potencial del agua embalsada se convierte en energía cinética al abrir las compuertas de la tubería y se comunica al rodete de la turbina, que comienza a girar. El agua sale de nuevo al río por los canales de desagüe. El diseño del conjunto formado por la tubería, la turbina y los desagües está muy estudiado para que el agua comunique la máxima energía al rodete de la turbina. Solidario al eje de la turbina se encuentra el rotor del alternador y un generador de corriente continua que genera un campo magnético en las bobinas del rotor, con lo que produce en el bobinado del estator una corriente alterna de tensión media y elevada intensidad. Con los transformadores se eleva la tensión y, a través del parque de distribución o directamente, se alimentan las líneas de la red de transporte.
Centrales de bombeo o reversibles
Son instalaciones que tienen la finalidad de racionalizar la producción de energía eléctrica a la demanda existente, ya que consumen los excedentes de energía durante las horas valle y suministran energía al sistema durante las horas punta.
Central de bombeo puro
Para producir energía eléctrica es condición indispensable haber bombeado previamente agua al embalse superior, ya que este solo recibe agua del inferior.
Central de bombeo mixto
Pueden producir energía indistintamente con bombeo previo o sin él, porque el embalse superior también está alimentado por un río.
Minicentrales hidroeléctricas
Son centrales de potencia entre 250 y 5000 kW. Antiguamente eran las suministradoras de energía eléctrica de pequeños núcleos rurales y de fábricas situadas junto a los ríos.