UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
INGENIERIA EN ENERGÍA INTRODUCCIÓN A LA INGENIERIA EN ENERGÍA
CENTRALES HIDROELECTRICAS PROFESOR: Soldevilla Guerra, Zenaido
ALUMNO(S):
Lujan Salvatierra, Giancarlos
Mamani Cosme, Omar
Marcos Bernardo, Erickson Brainer Oblea Chavez, Franco Manuel
2016 B FECHA DE ENTREGA: 28 de Mayo del 2017
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INDICE Resumen…………………………………………………………………………………3 Introducción……………………………………………………………………………..4 Historia de la hidroeléctrica…………………………………………………………..5 Conceptos básicos……………………………………………………………………..9 ¿Qué es la energía hidroeléctrica?...................... hidroeléctrica?................................... .......................... .......................... .....................11 ........11 Centrales Hidroelectricas…………………………………………………………….13 ¿Qué es una central hidroeléctrica?...................... hidroeléctrica?.................................. ...................... ..................... ...................... ....................... ...................... ............13 ..13 Componentes principales de una central hidroeléctrica ……………………………………………. 13 Tipos de centrales hidroelectricas …………………………………………………………………….. 18 Funcionamiento de una central hidroeléctrica ……………………………………………………….. 21 Ventajas y Desventajas de una central hidroeléctrica………………………………………………. 22
Impacto ambiental de las centrales hidroelectricas ……………………………..23 Las 5 centrales hidroelectricas más importantes del mundo…………………24 Central hidroeléctrica de las tres gargantas………………………………………………………….. 25 Central hidroeléctrica de Itaipu……………………………………………………… Itaipu………………………………………………………………………… ………………… 26 Xiluodo……………………………………………………………………… ………… 27 Central hidroeléctrica de Xiluodo…………………………………………………………… Guri………………………………………………………………………….. ……………….. 28 Central hidroeléctrica de Guri…………………………………………………………
Central hidroeléctrica de Tucurui……………………………………………………………………… 29
Central hidroeléctrica del cañón del pato…………………………………………30 Ubicación…………………………………………………………………………………………………31 Historia……………………………………………………………………………………………………31
Operación………………………………………………………………………………………………...33 Impacto social……………………………………………………………………………………………33
Conclusiones…………………………………………………………………………...35 Referencias……………………………………………………………………………...36
Anexos……………………………………………………………………………………37
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INDICE Resumen…………………………………………………………………………………3 Introducción……………………………………………………………………………..4 Historia de la hidroeléctrica…………………………………………………………..5 Conceptos básicos……………………………………………………………………..9 ¿Qué es la energía hidroeléctrica?...................... hidroeléctrica?................................... .......................... .......................... .....................11 ........11 Centrales Hidroelectricas…………………………………………………………….13 ¿Qué es una central hidroeléctrica?...................... hidroeléctrica?.................................. ...................... ..................... ...................... ....................... ...................... ............13 ..13 Componentes principales de una central hidroeléctrica ……………………………………………. 13 Tipos de centrales hidroelectricas …………………………………………………………………….. 18 Funcionamiento de una central hidroeléctrica ……………………………………………………….. 21 Ventajas y Desventajas de una central hidroeléctrica………………………………………………. 22
Impacto ambiental de las centrales hidroelectricas ……………………………..23 Las 5 centrales hidroelectricas más importantes del mundo…………………24 Central hidroeléctrica de las tres gargantas………………………………………………………….. 25 Central hidroeléctrica de Itaipu……………………………………………………… Itaipu………………………………………………………………………… ………………… 26 Xiluodo……………………………………………………………………… ………… 27 Central hidroeléctrica de Xiluodo…………………………………………………………… Guri………………………………………………………………………….. ……………….. 28 Central hidroeléctrica de Guri…………………………………………………………
Central hidroeléctrica de Tucurui……………………………………………………………………… 29
Central hidroeléctrica del cañón del pato…………………………………………30 Ubicación…………………………………………………………………………………………………31 Historia……………………………………………………………………………………………………31
Operación………………………………………………………………………………………………...33 Impacto social……………………………………………………………………………………………33
Conclusiones…………………………………………………………………………...35 Referencias……………………………………………………………………………...36
Anexos……………………………………………………………………………………37
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RESUMEN La energía hidráulica o hídrica, por lo tanto, aprovecha la energía cinética y
potencial de los saltos, las mareas y las corrientes de agua, formando parte de las energías renovables ya que no se agota con su uso. Se conoce como central hidroeléctrica a la infraestructura que utiliza la energía hidráulica para generar energía eléctrica. Su funcionamiento está basado en un salto de agua que genera dos niveles de un cauce: cuando el agua cae del nivel superior al inferior, pasa por una turbina hidráulica que transmite la energía a un generador encargado encargado de transformarla en energía eléctrica.
La explotación de la energía hidráulica a través de una central hidroeléctrica puede desarrollarse de dos formas diferentes. Por un lado, es posible desviar un río para aprovechar la velocidad de su flujo y generar energía eléctrica. Otra opción es construir una presa e interceptar la corriente de agua.
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INTRODUCCION
El desarrollo de un país exige cambios, cambios que traen consigo la necesidad del estudio de ciertas formas de energía, es bien sabido que el Perú se abastece en gran medida de las fuentes de energía no renovables. Una de estas fuentes es la energía hidroeléctrica.
Lo que se conoce como central hidroeléctrica es una instalación que aprovecha fuentes de energía hidráulica para originar otra de tipo eléctrico. Veamos, por lo tanto, qué es la energía hidráulica y qué es la energía eléctrica.
La central hidroeléctrica, en definitiva, es una instalación donde se aprovecha la
energía que se genera por medio del movimiento del agua y se la transforma en energía eléctrica. Esto se logra construyendo represas o diques con saltos de agua, por lo general modificando algún curso de agua existente. Es habitual que, con la construcción de una central hidroeléctrica, se inunden terrenos enormes y se alteren los ecosistemas acuáticos
.
Tenemos que tener en cuenta que esto poco a poco acaba con el planeta y tenemos que evitar que esto pase, no podemos hacer que las Centrales Hidroeléctricas dejen de producirse, pero si que la energía que producen no sea desperdiciada y utilizarla con responsabilidad para que podamos seguir gozando de ella, cuidando así mismo del medio ambiente y nuestro futuro en la tierra.
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HISTORIA DE LA HIDROELÉCTRICA La energía hidroeléctrica es la que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior, lo que provoca la transformación de le energía potencial en cinética con el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes
turbinas
y
equipamiento
para
generar
electricidad.
El origen de su tecnificación nos sitúa en los tiempos del Imperio Romano. En esta época fue cuando el hombre empezó a aprovechar una gran parte de los recursos que el agua le podía proporcionar. La canalizó, la elevó mediante sistemas de bombeo por encima de su nivel natural, explotó cauces subterráneos y la transportó a diferentes lugares en los cuales carecían de ella mediante acueductos. El tiempo pasó y se inició el uso generalizado de la rueda hidráulica, conocida por el hombre hace 5.000 años. Los antiguos romanos, griegos, incluso el pueblo sumerio utilizaban este tipo de ruedas para mover el agua en los molinos. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Se utilizaron dos tipos de ruedas hidráulicas las denominadas horizontales o romanas con el eje horizontal y que fueron las empleadas en las ferrerías y en los batanes y las verticales o griegas más empleadas en el movimiento de los molinos harineros pues la transmisión del movimiento se hace de forma directa sin recurrir a mecanismos de engranajes. Los árabes, verdaderos maestros en el manejo del agua, también usaron las ruedas en infinidad de aplicaciones, pero fue durante la Edad Media cuando este ingenioso mecanismo se extendió de una gran forma a la mayor parte de los oficios conocidos como son tejedores, molinero, pisador, forjador de metales etc. En esta época las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una
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potencia de cincuenta caballos. Las ruedas liberaron al hombre de las tareas más duras del trabajo bruto e influyó en una reducción de la mano de obra.
Ilustración 1. Rueda hidráulica aplicada en un molino
La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado. En 1759 presentó ante la Royal Society de Londres un tratado titulado: Cuestiones experimentales relativas a la fuerza natural del agua y el viento. Realizó importantes estudios y mediciones rigurosas dándose cuenta de que la causa principal del derroche de la energía del agua que acciona la rueda es el choque sobre las palas y para aumentar la eficiencia de las ruedas se debía reducir lo más posible el desnivel que el agua recorre en la caída. La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó las industrias textiles 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. 6
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 en el verano y el otoño unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor. La energía hidráulica se utilizó por primera vez para obtener electricidad en 1882, mediante una rueda sobre el río Fox en Wisconsin USA, dos años después del descubrimiento
de
Edison.
La
energía
hidroeléctrica
se
desarrolló
considerablemente a partir de aquel momento, tanto que en la actualidad se pueden encontrar plantas que generan desde pocos kilovatios para viviendas aisladas, hasta miles de megavatios para abastecer grandes poblaciones. El desarrollo del generador eléctrico, el perfeccionamiento de la turbina hidráulica y la gran demanda de electricidad a principios del siglo XX, provocaron el impulsó del
uso
y
la
utilización
de
la
energía
hidráulica.
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. El agua se transporta por unos conductos, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua a la demanda 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 tuberías forzadas, a las turbinas. 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 reciben el nombre de agua fluente. Una de ellas esta en las cataratas del Niágara, situada en la frontera entre
Estados
Unidos
y
Canadá. 7
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 12.600 MW. Resuelve el 25% del consumo eléctrico del Brasil y el 92% del de Paraguay. El hecho de que a mediados del siglo XX las centrales hidroeléctricas fueran más eficientes que las plantas alimentadas por combustibles fósiles, supuso la proliferación de grandes y pequeñas instalaciones por todo el mundo. El aumento de eficiencia experimentado por las centrales térmicas a raíz del encarecimiento del crudo en los 70, confinó los planes hidroeléctricos a enormes megaproyectos. La mayoría de éstos incluían vastas presas que inundaban extensas regiones para asegurar el suministro de agua, y por tanto de electricidad, a la zona.
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Ilustración 2
CONCEPTOS BASICOS La capacidad de transformar o poner en movimiento algo se conoce como energía. Este término también permite mencionar al recurso natural que puede ser explotado industrialmente con la aplicación de tecnología y diversos recursos. La hidráulica, del latín hydraulĭcus, hace referencia a aquello que se mueve por medio de fluidos. El concepto se utiliza, en general, para nombrar al arte de contener, conducir y elevar las aguas.
Ilustración 3: Represa
Estas definiciones nos permiten referirnos a la energía hidráulica, el tipo de energía que se produce por el movimiento del agua. También conocida como energía hídrica, se obtiene a partir del aprovechamiento de la energía cinética y potencial de las corrientes, las mareas o los saltos de agua. La energía hidráulica forma parte de las energías renovables (no se agotan con su uso). Cuando su explotación se lleva a cabo de manera directa, sin la construcción de represas o alterar el curso del agua, puede enmarcarse dentro de las energías verdes, ya que su impacto ambiental en casi nulo. El uso de esta energía tiene varios siglos. Los campesinos solían utilizar molinos instalados junto al río para aprovechar la energía hidráulica.
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Además de todo lo expuesto tendríamos que establecer que la primera central hidráulica como tal fue la que se puso en marcha en 1880 en la ciudad inglesa de Northumberland. A partir de ella y durante todo el siglo XX se crearon en todo el mundo un amplio número de construcciones de características similares. En la actualidad, existe una gran industria asociada a la energía hidráulica a partir de la construcción de represas con centrales hidroeléctricas capaces de producir electricidad. Es importante además tener clara otra serie importante de datos acerca de la energía
hidráulica
así
como
de
sus
instalaciones:
Actualmente está considerada aquella como una de las más rentables que existen en el mercado. Y es que, aunque poner en marcha una instalación de ese tipo es más costosa, luego los gastos de mantenimiento y de explotación son bajos y los resultados son especialmente favorables.
Es fundamental que en el lugar donde se proceda a instalar una estructura de esta clase de energía renovable se cuente con un importante nivel de lluvias de manera anual.
Dentro de este tipo de construcciones hay que destacar que toman especial protagonismo las turbinas, que pueden ser de diversos modelos destacando especialmente la de hélice, la Pelton o la Kaplan.
Entre los principales problemas que tiene hacer uso de presas se encuentra el que esto puede llevar a acabar con la fauna piscícola que existe en el lugar donde se han emplazado aquellas. Todo ello sin olvidar tampoco que se puede producir la inundación de terrenos fértiles e incluso la necesidad de tener que desalojar y evacuar, por fuertes anegamientos, las poblaciones que se hallen enclavadas en los alrededores.
Estas centrales producen importantes consecuencias ecológicas, como la inundación de grandes extensiones de terreno (hasta pueblos enteros) y la
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alteración o destrucción de los ecosistemas acuáticos. Por eso, en este caso, no puede decirse que la energía hidráulica sea amistosa con el medio ambiente.
¿QUÉ ES LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA? Es básicamente una forma de la energía generada por la fuerza del movimiento del agua, que una máquina primaria la transforma inicialmente en energía mecánica y luego una máquina secundaria la transforma en energía eléctrica, también se la conoce como hidroenergía (aunque esta última está más asociada con la energía primaria, mientras la energía hidroeléctrica es energía secundaria). También es una forma de energía renovable, es decir no se agota (al menos mientras subsista el ciclo). En pocos lugares todavía la hidroenergía se la transforma en energía mecánica (usando una máquina primaria) pero casi toda la hidroenergía aprovechada en el mundo se la transforma en energía eléctrica, para ello hacemos uso de las denominadas plantas o centrales hidroeléctricas. Hasta el momento están más expandidas, en su uso, las plantas hidroeléctricas tradicionales (que corresponden en su desarrollo y explotación al siglo XX), aunque desde finales del siglo pasado han ido surgiendo algunas innovaciones que se las conocen como plantas hidrocinéticas. Las plantas hidroeléctricas tradicionales y de desarrollo industrial (es decir no artesanales), generalmente incorporan (ver esquema abajo): una gran presa (1) (para almacenar agua, disponer de un caudal más constante, además incrementar y acumular energía potencial en forma de carga hidráulica); también cuentan con una aducción (2) es decir un sistema hidráulico (en la mayoría de los casos una galería y una tubería de presión); encargado de transportar el agua hacia la turbina
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una casa de máquinas (3), en la que se aloja la turbina (máquina primaria) y ésta transforma la energía del agua en energía mecánica, que la traspasa (mediante la flecha) al generador (máquina secundaria) para producir energía eléctrica, además de otros equipos auxiliares, una succión (4), otro sistema hidráulico (aguas bajo de la casa de máquinas y generalmente un tubo difusor y un desfogue) que restituye el agua, generalmente, a su cauce natural. Estas plantas tradicionales generalmente son muy costosas y requieren para su implementación largos horizontes de tiempo, aunque sus costos operativos son notablemente más bajos que las otras formas de generar electricidad; esto debido fundamentalmente a que el costo del "combustible" usado (el agua) vale cero.
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Ilustración 4: Planta Hidroeléctrica Tradicional
CENTRALES HIDROELECTRICAS ¿QUÉ ES UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA? Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:
Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica. Mini centrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW. Micro centrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.
Ilustración 5
COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA Rebosaderos: elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de máquinas.
Destructores de energía: que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al 13
chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía: o
Los dientes o prismas de cemento : que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.
o
Los deflectores de salto de esquí: que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.
Sala de máquinas: Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y elementos de regulación y control de la central.
Alternador: Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica.
Conducciones: La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones. En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormigón. Su construcción está siempre condicionada a las condiciones geográficas. Por eso, la mejor solución es construir un túnel de carga, aunque el coste de inversión sea más elevado. La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000m y hormigón para saltos de agua de 500m.
Válvulas: dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías.
Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado “golpe de ariete”, que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica. 14
Presas: La presa es el primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica. Se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. Con la construcción de una presa se consigue un determinado desnivel de agua, que es aprovechado para conseguir energía. La presa es un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografía del terreno y del curso del agua donde se tiene que situar. Las presas se pueden clasificar, según el material utilizado en su construcción, en presas de tierra y presas de hormigón. Las presas de hormigón son las más resistentes y las más utilizadas. Hay tres tipos de presas de hormigón en función de su estructura:
Presas de gravedad: Son presas de hormigón triangulares con una base ancha que se va haciendo más estrecha en la parte superior. Son construcciones de larga duración y que no necesitan mantenimiento. La altura de este tipo de presas está limitada por la resistencia del terreno.
Presas de contrafuertes: Tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base.
Presa de vuelta o Arco-Bóveda: En este tipo de presas la pared es curva. La presión provocada por el agua se transmite íntegramente hacia las paredes del valle por el efecto del arco. Cuando las condiciones son favorables, la estructura necesita menos hormigón que una presa de gravedad, pero es difícil encontrar lugares donde se puedan construir.
En general, se utilizan en terrenos poco estables y no son muy económicas.
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Ilustración 6
Turbinas hidráulicas: Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energía en las centrales hidráulicas. Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua. Su componente más importante es el rotor , que tiene una serie de palas que son impulsadas por la fuerza producida por el agua en movimiento, haciéndolo girar. Las turbinas hidráulicas las podemos clasificar en dos grupos:
Turbinas de acción: Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente en energía cinética. Tienen como característica principal que el agua tiene la máxima presión en la entrada y la salida del rodillo. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.
Turbinas de reacción: Son las turbinas en que solamente una parte de la energía de presión del agua se transforma en energía cinética. En este tipo
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de turbinas, el agua tiene una presión más pequeña en la salida que en la entrada. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Kaplan. Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. A continuación, se enumeran sus características técnicas y sus aplicaciones más destacadas:
Turbina Pelton: También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposición horizontal del eje.
Turbina Francis: Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal máximo.
Turbina Kaplan: Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada.
Ilustración 7
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TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas, ya que las características del terreno donde se sitúa la central condicionan en gran parte su diseño. Se podría hacer una clasificación en tres modelos básicos:
Centrales de agua fluyente: En este caso no existe embalse, el terreno no tiene mucho desnivel y es necesario que el caudal del río sea lo suficientemente constante como para asegurar una potencia determinada durante todo el año. Durante la temporada de precipitaciones abundantes, desarrollan su máxima potencia y dejan pasar agua excedente. En cambio, durante la época seca, la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en verano.
Ilustración 8
Centrales de embalses: Mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales donde se almacena un volumen considerable de agua por encima de las turbinas.
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El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Con el embalse puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque completamente durante algunos meses, cosa que sería imposible con una central de agua fluyente. Estas centrales exigen, generalmente, una inversión de capital más grande que la de agua fluyente. Dentro de estos tipos existen dos variantes de centrales:
Ilustración 9
Centrales a pie de presa: en un tramo de río con un desnivel apreciable se construye una presa de una altura determinada. La sala de turbinas está situada después de la presa.
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Ilustración 10
Centrales por derivación de las aguas: las aguas del río son desviadas mediante una pequeña presa y son conducidas mediante un canal con una pérdida de desnivel tan pequeña como sea posible, hasta un pequeño depósito llamado cámara de carga o de presión. De esta sala arranca una tubería forzada que va a parar a la sala de turbinas. Posteriormente, el agua es devuelta río abajo, mediante un canal de descarga. Se consiguen desniveles más grandes que en las centrales a pie de presa.
Ilustración 11
Centrales de bombeo o reversibles . Son un tipo especial de centrales que hacen posible un uso más racional de los recursos hidráulicos. Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energía eléctrica es máxima, estas centrales trabajan como una central hidroeléctrica convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y después queda almacenada en el embalse inferior.
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Durante las horas del día de menor demanda, el agua es bombeada al embalse superior para que vuelva a hacer el ciclo productivo.
Ilustración 12
FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA: La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad. Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central. El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión.
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El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe.
Ilustración 13
Ventajas e inconvenientes de las centrales hidroeléctricas Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son:
No necesitan combustibles y son limpias.
Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío, como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas.
Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos.
Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido.
En contra de estas ventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes:
El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales eléctricas.
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La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estación.
Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados.
En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados.
IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS: Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética limpia. Aun así, existen determinados efectos ambientales debido a la construcción de centrales hidroeléctricas y su infraestructura. La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles:
Sumerge tierras, alterando el territorio.
Modifica el ciclo de vida de la fauna.
Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas).
Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la composición del agua embalsada y el microclima.
Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalúan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.
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Las 5 hidroeléctricas más importantes del mundo La energía hidroeléctrica es con gran diferencia la primera fuente renovable en el mundo. En la actualidad la potencia instalada supera
los
1.000
GW y
la
producción en 2014 alcanzó los 1.437 TWh, que suponían el 14% de la producción mundial de Ilustración 14
electricidad según los datos de la
Agencia Internacional de la Energía (AIE). Además, según las previsiones de la AIE, la energía hidroeléctrica seguirá creciendo a un ritmo importante hasta doblar su potencia actual y superar los 2.000 GW de potencia instalada en 2050 (Ver gráfico 14). La energía hidroeléctrica presenta numerosas ventajas sobre la mayoría de otras fuentes de energía eléctrica, incluyendo un alto nivel de fiabilidad, tecnología probada y de alta eficiencia, los costes más bajos de operación
y
mantenimiento,
y
una
gran
flexibilidad
y
capacidad
de
almacenamiento. La energía hidroeléctrica es la principal fuente renovable, ya que triplica a la eólica que, con 350 GW, es la segunda fuente. Los aportes de esta tecnología en
los
últimos
años
han
generado más electricidad que el
resto
renovables Ilustración 15
de
las
juntas.
energías Y
el
potencial de desarrollo de esta tecnología
es
enorme,
especialmente en África, Asia y América Latina. La hoja de ruta de la AIE prevé 24
que se duplique la capacidad instalada global hasta casi 2.000 GW en 2050, con una producción mundial de electricidad superior a los 7.000 TWh. La mayor parte del crecimiento de la generación hidráulica provendrá de los grandes proyectos en las economías emergentes y en desarrollo. En estos países, los grandes y pequeños proyectos de energía hidroeléctrica pueden mejorar el acceso a los servicios de la energía moderna y aliviar la pobreza en numerosas regiones del planeta a las que todavía no ha llegado la luz ni el agua potable. La energía hidroeléctrica, obtenida a través del aprovechamiento de la energía cinética y el potencial de las corrientes y saltos de agua, es una de las fuentes renovables más antiguas y utilizadas del planeta para la obtención de energía. China, es hoy el mayor productor mundial de energía hidroeléctrica, seguido de Brasil, Canadá, Estados Unidos y Rusia, países que cuentan con las principales centrales hidroeléctricas del mundo. La foto fija a día de hoy del Top 10 de las centrales hidroeléctricas, tras incorporación de las centrales chinas de Xiluodu y Xiangjiaba, es la siguiente:
1. Central hidroeléctrica de las Tres Gargantas. 22.500 MW. China La presa de las Tres Gargantas La central hidroeléctrica china de las Tres Gargantas tiene una potencia instalada de 22.500 MW. Está situada en Yichang, provincia de Hubei, y es la mayor del mundo. Se trata de una
instalación
hidroeléctrica
de embalse convencional que aprovecha el agua proveniente del río Yangtsé, siendo propiedad de la china Three Gorges Corporation a
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través de su filial China Yangtze Power, que además opera la central. La construcción del proyecto requirió una inversión de 18.000 millones de euros. Esta colosal obra de la ingeniería fue iniciada en 1993 y quedó terminada en 2012. La presa tiene 181 metros de altura y 2.335 metros de longitud, fue llevada a cabo como parte del proyecto de las Tres Gargantas, unida a la central hidroeléctrica compuesta de 32 turbinas de 700 MW cada una, y dos unidades generadoras de 50 MW. En la actualidad, la producción de energía anual de la planta acaba de establecer el record mundial en 2014 con 98,8 TWh, permitiendo suministrar electricidad a nueve provincias y dos ciudades, incluyendo Shanghái.
2. Central hidroeléctrica de Itaipú. 14.000 MW. Paraguay-Brasil La central hidroeléctrica de Itaipú, con una potencia instalada de 14.000 MW se sitúa
como
mayor
la
del
segunda
mundo.
La
instalación, operada por la compañía Itaipú Binacional, se Ilustración 16
encuentra
en
el
río
Paraná, en la frontera entre Brasil
y
Paraguay.
La
inversión realizada en la construcción de la planta fue de 15.000 millones de euros. Las obras se iniciaron en 1975 y fueron finalizadas en 1982. Los ingenieros del consorcio de IECO con sede en Estados Unidos y ELC
Electroconsult con sede en Italia, llevaron a cabo la construcción, dando inicio a la producción de energía de la central en mayo de 1984. La planta hidroeléctrica de Itaipú suministra alrededor del 17,3% del consumo energético de Brasil y el 72,5% de la energía consumida en 26
Paraguay. Específicamente consta de 20 unidades generadoras con una capacidad de 700 MW cada una, habiendo llegado a lograr una producción en 2014 prácticamente igual a la de Tres Gargantas, al alcanzar los 98,5 TWh, lo que la convierte prácticamente en colíder mundial por generación de energía, aunque no lo sea por potencia instalada.
3. Central hidroeléctrica de Xiluodu. 13.860 MW. China La central hidroeléctrica de Xiluodu situada en el curso
del
río
Jinsha,
afluente del río Yangtze en su curso superior, está en
el
centro
de
la
provincia de Sichuan, es la segunda mayor central Ilustración 17
de energía de China y la tercera más grande del
mundo. La capacidad instalada de la planta alcanzó los 13.860 MW a finales de 2014 cuando se pusieron las dos últimas turbinas de generación. El proyecto fue desarrollado por la Three Gorges Project Corporation y se espera que genere 64 TWh de electricidad al año cuando esté plenamente operativa. El proyecto requirió la inversión de 5.500 millones de euros y empezó a construirse en 2005, poniéndose en marcha las primeras turbinas en julio de 2013. La central consta de una presa de arco de doble curvatura de una altura de 285,5 metros y un ancho de 700 metros, creando un embalse con una capacidad de almacenamiento de 12.670 millones de metros cúbicos. El equipamiento de las instalaciones, suministrado por los ingenieros de Voith, consta de 18 generadores de turbinas Francis de una capacidad de 770 MW cada una y un generador refrigerado por aire con 855,6 MVA de
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salida. La central es operada por China Yangtze Power y es actualmente la segunda mayor central eléctrica de China y la tercera del mundo.
4. Central hidroeléctrica de Guri. 10.235 MW. Venezuela La central Guri, también conocida como la central hidroeléctrica
Simón
Bolívar, se posiciona como la tercera más grande del mundo con una capacidad instalada de 10.235 MW. Las
instalaciones
se
encuentran en el río Caroní, Ilustración 18
situado en el sudeste de Venezuela,
siendo Electrificación del Caroní C.A. (EDELCA) la propietaria y operadora de la planta. La construcción del proyecto fue iniciada en 1963 llevándose a cabo en dos fases, la primera quedó completada en 1978 y la segunda en 1986. La central consta de 20 unidades de generación de diferentes capacidades que oscilan entre los 130 MW y los 770 MW. La empresa Alstom fue seleccionada mediante dos contratos en 2007 y 2009 para la renovación de cuatro unidades de 400 MW y cinco de 630 MW, recibiendo Andritz también un contrato para suministrar cinco turbinas Francis de 770MW en 2007. Después de las renovaciones en el equipamiento de generación, la central de Guri alcanzó un suministro eléctrico superior a los 12.900 GW/h.
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5. Central hidroeléctrica de Tucuruí. 8.370 MW. Brasil El
Complejo
Hidroeléctrico
de
Tucuruí localizado en la parte
baja
del
río
Tocantins, en Tucuruí, perteneciente al Estado de Pará en Brasil, se coloca como la cuarta central más Ilustración 19
hidroeléctrica grande
en
el
mundo con sus 8.370
MW. La construcción del proyecto, que requirió una inversión de 4.000 millones de euros, fue iniciada en 1975 completándose la primera fase en 1984, constituida por una presa de gravedad de hormigón de 78 metros de altura y 12.500 metros de longitud, 12 unidades generadoras con una capacidad de 330MW cada una y dos unidades auxiliares de 25 MW. La construcción de la segunda fase añadió una nueva central eléctrica que fue iniciada en 1998 y terminada a finales de 2010, en la que se llevó a cabo la instalación de 11 unidades de generación con una capacidad de 370 MW cada una. Los ingenieros de un consorcio formado
por Alstom,
Odebrecht suministraron
GE
los
Hydro,
equipos
para
Inepar-Fem
esta
fase.
En
y
la
actualidad, la central suministra electricidad a la ciudad de Belém y el área circundante.
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CENTRAL HIDROELECTRICA DEL CAÑON DEL PATO La Central hidroeléctrica Cañón del Pato es una central de generación de energía eléctrica ubicada sobre el río Santa en el departamento de Ancash en Perú. La central Cañón del Pato es una de las centrales que mayor energía aporta al Sistema Interconectado Nacional del Perú (SINAC).
Ilustración 20
Fue diseñada por el ingeniero y científico Santiago Antúnez de Mayolo y está considerada una de las obras de ingeniería más destacadas del país andino.
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Ubicación Esta Central está ubicada en el Distrito de Huallanca en la intersección de los ríos Santa y Quitaracsa, en la Provincia de Huaylas Departamento de Áncash, a 500 Km. al noreste de Lima y a 153 Km. al este de Chimbote.
Historia En mayo de 1913, el ingeniero Santiago Antúnez de Mayolo, con la premisa de que el río Santa, dados su caudal regular y el nivel desnivel de su trayectoria ofrecía grandes posibilidades para la generación hidroeléctrica, inició la primera exploración a la zona del Cañón del Pato.
Antúnez de Mayolo concibió en la zona un proyecto integral de desarrollo basado en la electricidad. Planteó, además de la construcción de una central hidroeléctrica, la instalación de una fábrica de abonos sintéticos que, alimentada por la hidroeléctrica, usara como insumo los minerales de la región. Luego de varios meses de investigación, a principios de 1915, Antúnez de Mayolo logró concluir el levantamiento del plano del Cañón del Pato, sintetizando el proyecto en un informe titulado “Proyecto de la instalación Hidro - Electro-Química del Cañón
del Pato sobre el Río Santa, Perú ”. Dicho documento fue presentado al Ministerio de Fomento y Obras Públicas como requisito para la formación del expediente de concesión del uso de las aguas del río Santa. Sin embargo, fue recién en 1943, luego que una misión de ingenieros norteamericanos confirmara la factibilidad del proyecto, que el gobierno del Presidente Manuel Prado creara la Corporación Peruana del Santa, no solo para aprovechar el hierro de Marcona construyendo una siderúrgica en Chimbote, sino para construir la hidroeléctrica del Cañón del Pato. La construcción de la Central empezó en julio de 1944, con la perforación de los túneles, trabajo que realizaron
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1,200 trabajadores, ya que carecían de equipos de perforación. Con los años, la fuerza laboral alcanzó a los 2,500 obreros. La construcción se vio retrasada por factores coyunturales y en 1954, el gobierno de Manuel Odría retomó el proyecto. Entonces, tras una licitación que fue ganada por un grupo de empresas francesas, se firmó un contrato que permitió culminar las obras. Así, el 21 de abril de 1958, el presidente Manuel Prado puso en marcha la Central Hidroeléctrica del Cañón del Pato entrando en operación con una potencia original de 50 MW. En los años siguientes, debido a la demanda cada vez mayor de energía eléctrica, la Corporación decidió aumentar la capacidad de la central hidroeléctrica, de 50 MW a 100 MW. Estos trabajos se iniciaron en agosto de 1964 y culminaron tres años después, en setiembre de 1967. Con ello se logró poner en marcha dos nuevos generadores, de 25 MW cada uno, con lo que se elevó la capacidad de generación total de 50 MW a 100 MW. La segunda ampliación del Cañón del Pato se inició en 1975, tras la firma de un contrato entre Electro Perú y Ganz Mavag. Su inauguración se llevó a cabo en julio de 1981, alcanzando los 150 MW. En junio de 1996, la hidroeléctrica, como parte de la Empresa de Generación eléctrica Nor Perú S.A. pasó a ser propiedad de Inversiones Dominion Perú S.A, la cual cambió su razón social en 1999 a Egenor S.A.A. Finalmente, en 1999 Egenor fue adquirida por Duke Capital Corporation, de Estados Unidos. En julio de 2000, la denominación Egenor S.A.A. se cambió a Duke Energy International Egenor S.A.A. y, posteriormente a Duke Energy Egenor S. en C. por A., también conocida como Duke Energy Perú. El ingreso de Duke Energy permitió ampliar la capacidad instalada de Cañón del Pato, que tras una inversión de más de dos millones y medio de dólares, pasó a tener en el presente una potencia efectiva de 263.491 MW.
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Operación La hidroeléctrica Cañón del Pato genera su energía a partir de una caída de 415 metros de las aguas del río Santa. La planta, en caverna, está a una altitud de aproximadamente 1400 m.s.n.m. Está compuesta por seis grupos de generación, cada uno accionado por dos turbinas hidráulicas tipo Pelton de eje horizontal y doble inyector. Su potencia instalada es de 263 MW. Generación Hidráulica. Para poder generar su máxima capacidad instalada necesita de 76 m3/seg de agua. En la época de avenidas el río Santa lleva caudales promedios de 250 m3/seg. , sin embargo en la época de estiaje el caudal llega a bajar hasta 30 m3/seg., no siendo posible para la central generar su máxima capacidad. Por ello, la central cuenta con un sistema de almacenamiento de agua en las lagunas interandinas cercanas; Parón, Cuchillacocha, Aguashcocha y Rajucolta, así como en el reservorio de San Diego 1 y 2.
Impacto social Como uno de los más importantes aportantes energéticos del país, Cañón del Pato tiene una importancia vital para el desarrollo del Perú. Asimismo, la correcta gestión de los recursos hídricos se ha convertido en clave para el desarrollo de la agricultura desde las alturas alto andinas, donde prevalece la agricultura de auto subsistencia, hasta su desembocadura en la costa peruana, con esquemas agrícolas industrializados. De ahí que en el año 2009 comuneros vinculados a la laguna Parón tomarán las instalaciones de generación para exigir el control del agua. Este problema llevó a la conformación de una Mesa de Diálogo entre la empresa, comunidades y autoridades, lográndose concluir efectivamente el proceso en febrero de 2014.
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Adicionalmente Duke Energy Perú realiza en las comunidades vinculadas a la operación de Cañón del Pato y sus lagunas una serie de programas para mejorar la calidad de vida de las poblaciones en tres ejes: Salud, Educación y Desarrollo Económico Productivo. Utiliza para ello un enfoque participativo y concertado; es decir, requiere la participación activa o cofinanciamiento de los beneficiarios del proyecto para que una vez implementado, cada proyecto se auto gestione y puedan continuar en funcionamiento aún sin la participación de la empresa.
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CONCLUSIONES Si bien es cierto que Perú cuenta con una gran cantidad de recursos no renovables como fuentes de combustible, se sabe que estos a pesar de generar grandes cantidades de corriente eléctrica son muy contaminantes y más aún se terminarán agotando de una u otra forma. Ergo, el mundo debe proyectarse a invertir en tecnología que permita el aprovechamiento de energías renovables
La energía hidroeléctrica es una de las formas usadas para la creación de energía eléctrica a través de las hidrográficas pero gracias a la manera de creación de energía el medio ambiente paga las consecuencias, alteración en la flora y fauna para poder crear centras hidroeléctricas.
El uso de energía hidroeléctrica es económica y no contamina el medio ambiente, además de ser ilimitada ya que es una fuente de energía renovable.
Existen los elementos técnicos y tecnológicos para el crecimiento de la oferta de energía eléctrica con centrales hidroelectricas que respeten el medioambiente sin mermar las posibilidades de desarrollo económico de nuestra nación. Para esto se requiere un cambio en la mentalidad del Estado peruano, que debe velar por los intereses de la nación toda, entendiendo esto como el cuidado del medioambiente y la salud de sus habitantes, planteándolos como activos necesarios para un desarrollo económico sostenible y sostenido. Luego de que el Estado peruano cambie su enfoque, las centrales hidroelectricas que quieran instalarse en el país no tendrán otra alternativa que respetar al medio ambiente.
REFERENCIAS 35
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursosinteractivos/produccion-de-electricidad/xi.-las-centrales-hidroelectricas
http://elperiodicodelaenergia.com/las-10-centrales-hidroelectricas-masgrandes-del-mundo/
http://www.sectorelectricidad.com/14401/historia-de-la-central-hidroelectricadel-canon-del-pato-peru/
http://www.osinergmin.gob.pe/empresas/electricidad
http://www.osinergmin.gob.pe/seccion/centro_documental/electricidad/Docume ntos/PROYECTOS%20GFE/Vistas/2/CH%20Cheves.pdf
http://www.osinergmin.gob.pe/seccion/centro_documental/electricidad/Docume ntos/PROYECTOS%20GFE/Vistas/2/CH%20Chaglla.pdf
http://www.osinergmin.gob.pe/seccion/centro_documental/electricidad/Docume ntos/PROYECTOS%20GFE/Vistas/2/CH%20Sta%20Teresa.pdf
ANEXOS
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