Central hidroelèctrica

Erro al crear miniatura:

Central hidroelèctrica

Erro al crear miniatura:

Central hidroelèctrica de Krasnoyarsk, Rússia

Erro al crear miniatura:

Talle travessera d'una represa hidroelèctrica

Una central hidroelèctrica (també, estació hidroelèctrica) és una instalació que utilisa energia hidràulica per a la generació d'energia elèctrica. És el resultat de l'evolució dels antics molins hidràulics, que aprofitaven la corrent dels rius per a generar energia. En general, estes centrals aprofiten la energia potencial gravitatoria que posseïx la massa d'aigua d'un caixer natural en virtut d'un desnivell, també conegut com bot geodèsic. En la seua caiguda entre dos nivells del caixer, es fa passar l'aigua per una turbina hidràulica que transmet energia a un generador elèctric, a on es transformarà en energia elèctrica.

Consideracions generals

Erro al crear miniatura:

Central hidroelèctrica en Grandas de Salime (Astúries, Espanya)

A finals del sigle XIX, l'energia hidroelèctrica es va convertir en una de les fonts per a generar electricitat. La primera central hidroelèctrica es va construir en les catarates del Niágara en 1879. En 1881, els fanals de la ciutat de Niagara Falls funcionaven per mig d'energia hidroelèctrica. Una central hidroelèctrica clàssica és un sistema que consistix en tres parts: una central elèctrica en la que es produïx l'electricitat; una presa que pot obrir-se i tancar-se per a controlar el pas de l'aigua; i un depòsit en que es pot almagasenar aigua. L'aigua de darrere de l'assut fluïx a través d'una entrada i fa pressió contra les pala d'una turbina, lo que fa que estes es moguen. La turbina fa girar un generador per a produir l'electricitat. La cantitat d'electricitat que es pot generar depén de fins a on aplega l'aigua i de la cantitat d'esta que es mou a través del sistema. L'electricitat pot transportar-se per mig de cables elèctrics de gran llongitut fins a cases, fàbriques i negocis. L'energia hidroelèctrica proporciona casi un quint de l'electricitat de tot lo món. China, Canadà, Brasil, Paraguay, Estats Units i Rússia varen ser els cinc majors productors d'este tipo d'energia en 2004. Una de les centrals hidroelèctriques de major tamany del món es troba en els Tres Canons en el riu Yangtsé de China. El depòsit d'estes instalacions va escomençar a omplir-se en 2003, pero no s'espera que la central estiga en ple funcionament fins a 2009. L'assut medix 2,3 quilómetros d'ample i 185 metros d'alt. La central hidroelèctrica de major tamany dels Estats Units es troba junt a la assut Grand Coulee, en el riu Columbia, en la zona nort del estat de Washington. Més del 70 per cent de l'electricitat produïda en este estat prové de centrals hidroelèctriques. L'energia hidroelèctrica és la que genera electricitat de forma més barata en l'actualitat. Açò es deu a que, una volta que l'assut s'ha construït i s'ha instalat el material tècnic, la font d'energia (aigua en moviment) és gratuïta. Esta font d'energia és neta i es renova cada any a través del desgel i les precipitacions. Ademés, este tipo d'energia és fàcilment accessible, ya que els ingeniers poden controlar la cantitat d'aigua que passa a través de les turbines per a produir electricitat segons siga necessari. Ademés, els depòsits poden oferir oportunitats recreatives, tals com a zones de bany i de passejada en barca. No obstant, la construcció d'assuts en els rius pot destruir o afectar a la flora i la fauna i atres recursos naturals. Alguns peixos, com el salmón, podrien trobar-se en l'impossibilitat de nadar riu dalt per a desovar. Les últimes tecnologies, com les escals de peixos, ajuden als salmones a passar per damunt dels assuts i a entrar en zones de desove a contracorrent, pero la presència dels assuts hidroelèctrics canvia els seus patrons migratoris i perjudica a les poblacions de peixos. Les centrals hidroelèctriques també poden provocar la disminució dels nivells d'oxigen dissolt en l'aigua, lo que resulta amolador per als hàbitats fluvials.

Característiques d'una central hidroelèctrica

Erro al crear miniatura:

Casa de màquines de la central hidroelèctrica del Guavio, Colòmbia

Les dos característiques principals d'una central hidroelèctrica, des del punt de vista de la seua capacitat de generació d'electricitat, són:

• La potència, que està en funció del desnivell existent entre el nivell mig de l'embassament i el nivell mig de les aigües baix de la central, i del cabal màxim turbinable, ademés de les característiques de les turbines i dels generadors usats en la transformació.
• La energia garantisada en un lapsus de temps determinat, generalment un any, que està en funció del volum útil de l'embassament, i de la potència instalada. La potència d'una central pot variar des d'uns pocs megavats, com en el cas de les centrals minihidráulicas, fins a decenes de mills, com en els casos de la represa d'Itaipú, entre Brasil i Paraguay, que té una potència de 14 000 MW, o la assut de les Tres Goles, en China, en una potència de 22 500 MW. Les centrals hidroelèctriques i les centrals tèrmiques —que usen combustibles fòssils— produïxen l'energia elèctrica d'una manera molt similar. En abdós casos la font d'energia és usada per a impulsar una turbina que fa girar un generador elèctric, que és el que produïx l'electricitat. Una central tèrmica usa calor per a, a partir d'aigua, produir el vapor que acciona sobre els álabes de la turbina, en contrast en la planta hidroelèctrica, que usa directament la força de l'aigua per a accionar la turbina. Les centrals hidroelèctriques permeten, ademés, disminuir les despeses dels països en combustibles fòssils. Per eixemple, el Proyecte Hidroelèctric Palomino, ubicat en la República Dominicana, li aforrarà al país al voltant de 400 000 barrils de petròleu a l'any. Els tipos de turbines que hi ha per a la transformació d'energia mecànica en energia elèctrica són Francis, Turgo, Kaplan i Pelton.

Potència d'una central hidroelèctrica

La potència d'una central hidroelèctrica es medix generalment en megavats (MW) i es calcula per mig de la fòrmula següent:

$P_e=\rho \cdot g\cdot {\eta }_t\cdot {\eta }_g\cdot {\eta }_m\cdot Q\cdot H$

a on:

• P_i = potència en vats (W)
• ρ = densitat del decorregut en kg/m³
• g = acceleració de la gravetat (m/s²)
• η_t = rendiment de la turbina hidràulica (entre 0.75 i 0.94)
• η_g = rendiment del generador elèctric (entre 0.92 i 0.97)
• η_m = rendiment mecànic de l'acoplament turbina alternador (0.95/0.99)
• Q = cabal turbinable en m³/s
• H = desnivell disponible en la presa entre aigües dalt i aigües avall, en metros

En una central hidroelèctrica es definix:

• Potència mija: potència calculada per mig de la fòrmula de dalt considerant el cabal mig disponible i el desnivell mig disponible.
• Potència instalada: potència nominal dels grups generadors instalats en la central.

Tipos de centrals hidroelèctriques

Segons la seua ubicació respecta a la rasante

• Centrals a l'aire lliure, al peu de l'assut, o relativament alluntades d'esta. Estan conectades per mig d'una canonada a pressió.
• Centrals en caverna, generalment conectades a l'embassament per mig de túnels, canonades a pressió, o per la combinació d'abdós.

1. REDIRECT Plantilla:Panorama

Segons el seu règim de fluix

Erro al crear miniatura:

Central Hidroelèctrica Simón Bolívar (Veneçola)

• Centrals d'aigua decorrent:

Artícul principal → Central hidroelèctrica de passada.

També denominades «centrals de tall d'aigua» o «de passada», utilisen part del fluix d'un riu per a generar energia elèctrica. Operen de forma contínua perque no tenen capacitat per a almagasenar aigua al no dispondre d'embassament. Turbinan l'aigua disponible en el moment llimitades per la capacitat instalada. En estos casos les turbines poden ser d'eix vertical, quan el riu té una pendent forta, o horisontal, quan la pendent del riu és baixa.

• Centrals d'embassament:

És el tipo més freqüent de central hidroelèctrica. Utilisen un embassament per a almagasenar aigua i anar graduant el cabal que passa per la turbina. És possible generar energia durant tot l'any si es dispon de reserves suficients. Requerixen una inversió major.

• Centrals de regulació:

Almagasenen l'aigua que fluïx pel riu capaç de cobrir hores de consum.

• Centrals de bombeig o reversibles:

Una central hidroelèctrica reversible és una central hidroelèctrica que, ademés de poder transformar la energia potencial de l'aigua en electricitat, té la capacitat de fer-ho a l'inversa, és dir, aumentar l'energia potencial de l'aigua (per eixemple pujant-la a un embassament) consumint per a això energia elèctrica. D'esta manera pot utilisar-se com un método d'almagasenament d'energia (una espècie de bateria jaganta). Estan concebudes per a satisfer la demanda energètica en hores pique i almagasenar energia en hores entanque.

Encara que lo habitual és que estes centrals turbinen/bombegen l'aigua entre dos embassaments a distinta altura, existix un cas particular cridat centrals de bombeig pur, en les que l'embassament superior se substituïx per un gran depòsit l'única aportació del qual d'aigua és la que es bombeja de l'embassament inferior.

Segons la seua altura de caiguda de l'aigua

• Centrals d'alta pressió

Que corresponen en el high head, i que són les centrals de més de 200 m de desnivell, per lo que solien equipar-se en turbines Pelton.

• Centrals de mija pressió

Són les centrals en un desnivell de 20 a 200 m, sent dominant l'us de turbines Francis, encara que també es poden usar turbines Kaplan.

• Centrals de baixa pressió

Que corresponen en el low head, són centrals en desnivells d'aigua de menys de 20 m; habitualment utilisen turbines Kaplan.

• Centrals de molt baixa pressió

Són centrals corresponents equipades en noves tecnologies, puix a partir d'un cert desnivell, les turbines Kaplan no són aptes per a generar energia. Serien en anglés les very low head, i solen situar-se per baix dels 4 m.

Atres tipos de centrals hidroelèctriques

• Centrals mareomotrices

Artícul principal → energia mareomotriz.

Utilisen el fluix i refluix de les mareas. Poden ser ventajoses en zones costeres a on les diferències entre les marees són àmplies i les condicions morfològiques de la costa permeten la construcció d'un assut que talla l'entrada i eixida de la marea en una baïa. Es genera energia tant en el moment de l'omplit com en el moment del buidat de la baïa.

• Centrals mareomotrices sumergides

Utilisen l'energia de les corrents submarines. En 2002, en Gran Bretanya es va implementar la primera d'estes centrals a nivell experimental.

• Centrals que aprofiten el moviment de les ones

Este tipo de central és objecte d'investigació des de la década de 1980. A inicis d'agost de 1995, el Ocean Swell Powered Renewable Energy (OSPREY) va construir la primera central que utilisa l'energia de les ones en el nort d'Escòcia. La potència d'esta central era de 2 MW, pero va ser destruïda un més més vesprada per un temporal.

Parts d'una central hidroelèctrica

• Canonada forçada
• Presa
• Turbina hidràulica
• Generador elèctric
• Transformador
• Llínees elèctriques
• Comportes i vàlvules hidràuliques
• Embassament
• Turbina
• Torre piezométrica

Funcionament

Erro al crear miniatura:

Turbina hidràulica i generador elèctric

El tipo de funcionament d'una central hidroelèctrica pot variar a lo llarc de la seua vida útil. Les centrals poden operar en règim de:

• generació d'energia de base;
• generació d'energia en periodos de punta. Estes a la seua volta es poden dividir en:
  • centrals tradicionals;
  • centrals reversibles o de bombeig. La demanda d'energia elèctrica d'una ciutat, regió, o país, té una variació a lo llarc del dia. Esta variació és funció de molts factors, entre els que es destaquen:
• tipos d'indústries existents en la zona i tandes que estes realisen en la seua producció;
• tipo de cuina domèstica que s'utilisa més freqüentment;
• tipo de calfador d'aigua que es permet utilisar;
• l'estació de l'any;
• l'hora del dia en que es considera la demanda. La generació d'energia elèctrica deu seguir la curva de demanda; aixina, a mida que aumenta la potència demandada deurà incrementar-se el cabal turbinado, o iniciar la generació en unitats adicionals en la mateixa central, i inclús iniciant la generació en centrals reservades per a estos periodos.

Impacte ambiental

Els potencials impactes ambientals dels proyectes hidroelèctrics són sempre significatius. No obstant, existixen molts factors que influïxen en la necessitat d'aplicar mides de prevenció en tot. Les represas i reservorios poden ser multipropósito: si les característiques de pluja en la conca hidrogràfica i el cabal del riu, i els models d'us de l'aigua i l'energia ho permeten, els reservorios hidroelèctrics poden proporcionar un o més dels següents servicis: rec, control d'inundacions, font d'aigua, recreació, peixca, navegació, control de sediment, control dels atascamientos de gèl i control dels trencaments dels llac glacials. Cada u d'estos components per sí mateixos tenen impactes ambientals, positius i negatius que deuen ser analisats i evaluats per a propondre mides de mitigació, si fora el cas. La construcció i operació de la represa i l'embassament constituïxen la font principal d'impactes del proyecte hidroelèctric. Els proyectes de les represas de gran alcanç poden causar canvis ambientals irreversibles en una àrea geogràfica molt extensa. Durant l'última década han aumentat les crítiques a estos proyectes. Els crítics més severs sostenen que els costs socials, ambientals i econòmics d'estes represas pesen més que els seus beneficis i que, per lo tant, no es justifica la construcció de les represas grans. Uns atres mencionen que, en alguns casos, els costs ambientals i socials pot ser evitats o reduïts a un nivell acceptable si s'evaluen cuidadosadament els problemes potencials i s'implanten mides correctives, que són costoses. Alguns assuts presenten fallos o errors de construcció com és el cas de la assut de Sabaneta, ubicada en la província de Sant Joan, República Dominicana. Este assut ha presentat grans inconvenients en les temporades d'huracans passades, producte de la seua poca capacitat de desaiguador i també a que el seu dos abocadors comencen a operar despuix que l'embassament està ple. L'àrea d'influència d'una represa s'estén des dels llímits superiors de l'embassament fins als estuaris, les zones costeres i costa fòra, i inclouen l'embassament, la represa i la conca del ric aigües avall. Hi ha impactes ambientals directes associats en la construcció de la represa (per eixemple, la pols, la erosió, problemes en el material de préstam i en els rebujos), pero els impactes més importants són la inundació de la conca per a formar l'embassament, i l'alteració del cabal d'aigua aigües avall. Estos efectes eixercixen impactes directes en els sols, la vegetació, la fauna, la peixca, el clima i la població humana de l'àrea. Els efectes indirectes de la represa inclouen els que s'associen en la construcció, el manteniment i el funcionament de la represa (per eixemple, els camins d'accés, els campaments de construcció o les llínees de transmissió d'energia) i el desenroll de les activitats agrícoles, industrials o municipals que possibilita la represa. Ademés dels efectes directes i indirectes de la construcció de la represa sobre el mig ambient, es deuran considerar els efectes del mig ambient sobre la represa. Els principals factors ambientals que afecten el funcionament i la vida de la represa són aquells que es relacionen en l'us de la terra, l'aigua i els atres recursos en les àrees de captació aigües dalt del reservorio (per eixemple, l'agricultura, la colonisació o la deforestación) que poden causar una major acumulació de rovines, i canvis en la cantitat i calitat de l'aigua del reservorio i del riu. La producció d'energia elèctrica per mig d'hidroelèctriques s'ha denominat com a energia neta i renovable. No obstant, els impactes socials i ambientals de la construcció d'assuts, aixina com els efectes en la salut de la població han segut reconeguts des de fa molt temps.

La retenció d'aigua per la formació dels embassaments du en si impactes ambientals, socials i econòmics. Estos impactes es manifesten abans, durant i despuix de la construcció d'una represa:

• Planeación: Durant la preparació d'una mega construcció, els encarregats del proyecte avisen al públic sobre lo que s'establirà sobre el cos de l'aigua a on es portara a terme, és ací a on s'aborden els temes polítics, socials, ambientals i econòmic.

• Construcció: Una volta aprovat el proyecte, l'utilisació de maquinària sobre el paisage és lo primer. La modificació i compactación del sol és un dels grans impactes ambientals, ya que no solament canvia l'estructura geològica de la corfa terrestre, sino que du en si, fragmentació dels ecosistemes i deforestación.

• Operació: Una volta en funcionament, La retenció d'aigua en els reservorios modifica el règim hidrològic i hidràulic de les corrents d'aigua, de lotico (aigües fluvials) a lentico (aigües superficials de molt baix fluix com els llac), afectant els processos d'escorrentía, de transport de sediment i canviant la geomorfología dels rius abans i despuix de les estructures. Els impactes ambientals duen conseqüències en dos divisions, aigües dalt i aigües avall, açò vol dir que existixen diferents problemes que es formen per la construcció de la represa.

- Aigües dalt: Els problemes que es generen ací són pel embalsamiento lo que interromp el règim hidrològic, causant acumulació de sediment anóxicos, eutroficación en el embalsamiento, generació de gasos d'efecte hivernàcul per la descomposició de matèria orgànica, brots de sancudos, transformació dels ecosistemes loticos a lenticos.

- Aigües avall: Les conseqüències que es generen aigües dalt tenen repercussió en esta part del riu, ya que tota la composició de l'aigua transformada i modificada per les activitats humanes perjudica tot que este relacionat en el cos d'aigua, a tal grau de que estes aigües apleguen als ecosistemes marí-costers a on perjudiquen de manera irreversibles. Els eixemples són:

• Canvis en els patrons de sedimentación.
• Obstaculización d'espècies migratòries descendents i ascendents.
• Aument en la mortalitat d'espècies d'importància.
• Aument de nitrogen dissolt.
• Canvis en la temperatura i calitat de l'aigua.
• Disminució del nivell de l'aigua.

L'importància de les àrees costeres

Els beneficis que brinden els ecosistémicos de les àrees costeres són molt extensos. Són una barrera efectiva de defensa natural que prevé diverses alteracions ambientals, inundacions, marejades, tormentes, huracans i elevació del nivell del mar. Ademés, proporcionen aliment,  refugi i protecció per a un gran número d'organismes i contribuïxen a través de sistemes naturals, a reduir contaminants etc.

Maneig de la conca hidrogràfica

És un fenomen comú vore l'aument en la pressió sobre les àrees altes damunt de la represa, com a resultat del reasentamiento de la gent de les àrees inundades i l'afluència incontrolada dels nouvinguts a l'àrea. Es degrada el mig ambient delloc, la calitat de l'aigua es deteriora, i les taxes de sedimentación del reservorio aumenten, a raïl de la deforestació per a l'agricultura, la pressió sobre les pastures, l'us de químics agrícoles, i la tala dels arbres per a l'obtenció de fusta o llenya. Aixina mateix, l'us del terreny de la conca alta afecta la calitat i cantitat de l'aigua que ingressa al riu. Per això, és essencial que els proyectes de les represas siguen planificats i manejats considerant el context global de la conca del riu i els plans regionals de desenroll, incloent tant les àrees superiors de captació, aigües dalt de la represa i la planicie d'inundació, com les àrees de la conca hidrogràfica, aigües avall.

Atres impactes ambientals

Els proyectes hidroelèctrics impliquen necessàriament la construcció de llínees de transmissió per a transportar l'energia als centres de consum.

Benefici

Erro al crear miniatura:

Represa Yacyretá, Argentina - Paraguay

El benefici obvi del proyecte hidroelèctric és l'energia elèctrica, la mateixa que pot recolzar el desenroll econòmic i millorar la calitat de la vida en l'àrea servida. Els proyectes hidroelèctrics requerixen molta mà d'obra i oferixen oportunitats d'ocupació. Els camins i atres infraestructures poden donar als pobladors major accés als mercats per als seus productes, escoles per als seus fills, cuidats de salut i atres servicis socials. Ademés, la generació de l'energia hidroelèctrica proporciona una alternativa a la crema dels combustibles fòssils, o la energia nuclear, que permet satisfer la demanda d'energia sense produir aigua calenta, emissions atmosfèriques, cendra, rebujos radioactius ni emissions de CO₂. Si el reservorio és realment una instalació d'usos múltiples —és dir, si els diferents propòsits declarats en l'anàlisis econòmic no són mútuament inconsistentes—, els atres beneficis poden incloure el control de les inundacions i el recapte d'un suministrament d'aigua més confiable i de més alta calitat per al rec i per al seu us domèstic i industrial. L'intensificació de l'agricultura localment per mig de l'us del rec pot, a la seua volta, reduir la pressió que existix sobre els boscs primaris, els hàbitats intactes de la fauna, i les àrees en atres parts que no siguen adequades per a l'agricultura. Aixina mateix, les represas poden crear peixca en el reservorio i possibilitats per a producció agrícola en l'àrea del reservorio que poden més que compensar les pèrdues sofrides per estos sectors per la seua construcció.

Bibliografia

• MATAIX, Claudio. Turbomáquinas Hidràuliques.
• CAPUTO, Carmelo. Gli Impianti convertitori vaig donar Energia.
• Manuale dell'Ingegnere. Edició 81. Editat per Ulrico Hoepli, Milano, 1987. ISBN 88-203-1430-4
• Handbook of Applied Hydraulics. Library of Congress Catalog Card Number 67-25809.
• Engenharia de Recursos Hídrics. Ray K. Linsley & Joseph B. Franzini. Editora dona Universidade de Sao Paulo i Editora McGraw-Hill do Brasil, Ltda. 1978.
• Handbook of Applied Hydrology. A Compendium of Water-resources Technology. Vine Et Chow, Ph. D., Editor in Chief. Editora McGraw-Hill Book Company. ISBN 07-010774-2. 1964.
• Hidràulica dels Canals Oberts. Veuen Et Chow. Editorial Diana, Mèxic, 1983. ISBN 968-13-1327-5

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Central hidroelèctrica.

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Central hidroelèctrica.
• endesaeduca. com/Endesa_educa/recursos-interactius/produccion-de-electricidad/xi.-les-centrals-hidroelectricas Endesa Educa: Central hidroelèctrica.