¿Cuáles son los tipos de energía hidráulica?

Energía hidroeléctrica

El embalse es el tipo más común de central hidroeléctrica. Una instalación de embalse, normalmente un gran sistema hidroeléctrico, utiliza una presa para almacenar el agua del río en un embalse. El agua liberada del embalse fluye a través de una turbina, haciéndola girar, que a su vez activa un generador para producir electricidad. La generación puede utilizarse de forma bastante flexible para satisfacer tanto la carga de base como los picos de demanda. El agua también puede liberarse para satisfacer las necesidades cambiantes de electricidad o para mantener constante el nivel del embalse. La disposición de una central hidroeléctrica de embalse típica se muestra a continuación en la primera figura. Una de las presas de embalse más famosas del mundo, la presa Hoover, se muestra en la segunda figura (aunque cabe señalar que, a escala mundial, la presa Hoover es más famosa que grande).

Una instalación de desvío, a veces llamada de pasada, canaliza una parte de un río a través de un canal o tubería forzada. Puede no requerir el uso de una presa, pero también tiene una flexibilidad limitada para seguir las variaciones máximas de la demanda de energía. Por lo tanto, será útil principalmente para la capacidad de carga de base. Este escenario provoca inundaciones limitadas y cambios en el caudal de los ríos. En Estados Unidos, muchas de las presas del noroeste del Pacífico (en los ríos Columbia y Snake) son presas de derivación o de pasada, con un embalse de almacenamiento limitado o inexistente detrás de la presa. La figura siguiente muestra una instalación hidroeléctrica de derivación. Compárela con la imagen de la presa de Hoover, la instalación de embalse mostrada más arriba.

Historia de la energía hidroeléctrica

Este artículo trata de los tipos de turbinas hidroeléctricas, sus diseños, categorizaciones y aplicaciones típicas. Se analizan las turbinas de impulso y de reacción, así como las propiedades de cada una de ellas. Las turbinas hidroeléctricas Francis, Kaplan y Pelton se analizan en detalle, junto con sus principios de funcionamiento.

Las norias son el antecesor de las turbinas hidroeléctricas modernas. En la actualidad, el equivalente moderno de una noria se denomina “rodete de turbina”. El diseño de los rodetes de turbina ha cambiado considerablemente en los últimos mil años, pero no su finalidad. El objetivo de una turbina hidroeléctrica es convertir la energía potencial en energía mecánica. Esta energía mecánica puede utilizarse para realizar un trabajo útil, como hacer girar los impulsores de las bombas o los rotores de los generadores eléctricos. En este vídeo, vamos a centrarnos en los diseños más comunes de rodete de turbina hidroeléctrica que se utilizan en el sector de la ingeniería energética.

Las tres turbinas más comunes son las turbinas Francis, Kaplan y Pelton. Las turbinas Francis y Pelton fueron inventadas en el siglo XIX por James Francis y Lester Pelton, respectivamente. El rodete de hélice de paso variable fue inventado por Victor Kaplan a principios del siglo XX. Existen rodetes de hélice fija, pero sólo el de hélice de paso variable se denomina rodetes de turbina Kaplan. Existen otros diseños de rodete, como el Deriaz y los de flujo cruzado, pero son menos comunes. Cada rodete tiene características de funcionamiento diferentes y sólo es adecuado para alturas de elevación y caudales definidos; sin embargo, es posible que varios diseños de rodete sean adecuados para una misma aplicación.

Eficiencia hidroeléctrica

El tipo más común de central hidroeléctrica es una instalación de embalse. Una instalación de embalse, normalmente un gran sistema hidroeléctrico, utiliza una presa para almacenar el agua del río en un embalse. El agua liberada del embalse fluye a través de una turbina, haciéndola girar, lo que a su vez activa un generador para producir electricidad. El agua puede liberarse para satisfacer necesidades cambiantes de electricidad u otras necesidades, como el control de inundaciones, el ocio, el paso de peces y otras necesidades medioambientales y de calidad del agua.

Desde que ganaron el Premio Furthering Advancements to Shorten Time Commissioning for Pumped Storage Hydropower en 2019, tres equipos continuaron las pruebas, completaron análisis adicionales e identificaron sitios potenciales para sus tecnologías.

El 1 de diciembre de 2022, WPTO organizará un seminario web para explorar los temas de energía hidráulica en la Fase Uno del Programa de Investigación de Innovación de Pequeñas Empresas y Transferencia de Tecnología de Pequeñas Empresas del Año Fiscal 2023. Los oradores discutirán estos temas y responderán preguntas.

WPTO anunció una oportunidad para que los desarrolladores de energía hidroeléctrica y otras partes interesadas reciban asistencia técnica para abordar los obstáculos de valoración en el desarrollo de proyectos hidroeléctricos de almacenamiento por bombeo y para los desafíos relacionados con la misión HydroWIRES.

Componentes de centrales hidroeléctricas

El tipo de turbina hidroeléctrica seleccionado para un proyecto se basa en la altura del agua estancada, denominada “altura”, y el caudal, o volumen de agua a lo largo del tiempo, en el emplazamiento. Otros factores decisivos son la profundidad a la que debe colocarse la turbina, su eficacia y su coste. Éstas son algunas de las turbinas más utilizadas actualmente en Estados Unidos.

Una turbina de reacción genera energía a partir de las fuerzas combinadas de la presión y el agua en movimiento. Se coloca un rodete directamente en la corriente de agua, lo que permite que el agua fluya sobre los álabes en lugar de golpear cada uno de ellos por separado. Las turbinas de reacción suelen utilizarse en lugares con poca altura de elevación y caudales elevados, y son el tipo más común utilizado actualmente en Estados Unidos.

Una turbina de hélice suele tener un rodete de tres a seis álabes. El agua entra constantemente en contacto con todas las palas. Imagínese la hélice de un barco en una tubería. A través de la tubería, la presión es constante; si no lo fuera, el rodete estaría desequilibrado. El paso de las palas puede ser fijo o ajustable. Además del rodete, los principales componentes son la caja de la hélice, las compuertas y el tubo de aspiración. Existen varios tipos de turbinas de hélice: