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innova

La tecnología más respetuosa con el medio ambienteEl creciente compromiso social con el medio ambiente hace que las

centrales hidráulicas hayan cobrado gran relevancia frente a otras

tecnologías de generación. El efecto positivo en la regulación de

las cuencas hidráulicas, el mantenimiento de caudales ecológicos y

las reservas para regadío, abastecimiento humano y uso industrial,

además de la rapidez de respuesta ante las demandas del sistema

eléctrico, convierten a esta tecnología en la perfecta alternativa.

Por Irma González, Alfredo Pérez y Susana Reillo

Centrales hidráulicas

innova

En los últimos años,

el sistema eléctrico

español ha incrementado

su producción a través

de energías renovables

en régimen especial,

fundamentalmente eólica y solar,

fruto del compromiso social de respeto

por el medio ambiente y la dependencia

energética que nuestro país tiene

del exterior. Pero la generación de

esta energía, por sus propias

características, no tiene ni la capacidad ni

la fiabilidad de suministro que exige

el sistema eléctrico.

Es en este punto donde las centrales

hidráulicas demuestran todo su

potencial. Tienen una muy alta fiabilidad

de funcionamiento, su respuesta

a los cambios de la demanda es muy

alta y los efectos sobre el medio

ambiente son nulos o muy bajos,

compitiendo plenamente con la energía

a la que suplen.

Se trata de instalaciones cuyo

coste de generación es bajo, tienen

un alto rendimiento (superior al 90%)

y una vida útil de más de 50 años. Un

ejemplo de ello es Bolarque, que ya ha

cumplido su centenario en plena forma.

La tecnología usada es muy robusta

y suficientemente probada, lo que

dota a estas instalaciones de una muy

alta fiabilidad. Además, poseen gran

capacidad de regulación, que permite

variaciones de potencia muy amplias, y

la respuesta a los cambios de demanda

de la red pueden ser cubiertos en pocos

minutos, permitiendo el funcionamiento

en puntas.

Aparecen las centrales hidráulicas. La

electricidad, conocida desde principios

del siglo XIX, no se pudo utilizar

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masivamente hasta finales de ese siglo,

cuando se descubrió el transformador tal

y como lo conocemos ahora. El uso de

la electricidad se expandió rápidamente

y las crecientes necesidades para

iluminación y la industria hicieron

necesario buscar nuevas fuentes de

energía primaria para transformarla en

eléctrica. La rueda hidráulica –actuales

rodetes–, que utiliza el agua como

fuente de energía, era ya conocida y

usada con fines industriales (molinos,

batanes para uso textil, serrerías,

etc.), por lo que la floreciente industria

eléctrica utilizó la rueda hidráulica para

aprovechar la energía del agua, que

además presentaba una importante

ventaja frente a otras formas de energía:

su permanencia en el tiempo.

Otras ventajas de las centrales

hidráulicas son:

sino que usan una forma renovable

de energía que es repuesta

constantemente por la naturaleza.

otros beneficios, como el control de

inundaciones, suministro seguro de agua

para uso humano, regadío e industrial.

máquinas muy eficientes y robustas,

que aseguran un funcionamiento muy

fiable a lo largo del tiempo.

Tipología de las centrales hidráulicas.

Para el funcionamiento de una central

hidráulica es necesaria la existencia de

un salto de agua, que puede conseguirse

de forma natural, aprovechando por

ejemplo la diferencia de nivel de una

catarata natural, o de modo artificial,

situando un dique perpendicularmente

al cauce de un río, de modo que el

agua retenida en el dique eleva su nivel

formando una catarata artificial. El gran

desarrollo en el diseño de las ruedas

hidráulicas desde finales del siglo XIX

hace que la tipología de centrales sea

muy amplia y permita adaptarlas a todo

tipo de saltos de agua.

Para saltos de agua de algunos

metros hasta los 70, se utilizan ruedas

Kaplan, que funcionan con gran caudal

y poco salto, manteniendo en todo

su rango de funcionamiento un alto

rendimiento, superior al 90%. Esta

tipología permite aprovechar los cauces

bajos de los ríos, con pendientes suaves.

En zonas medias, con pendientes

mayores, se suelen instalar ruedas

Francis, que pueden funcionar con

saltos desde 50 metros hasta más de

300. Estas ruedas permiten un amplio

margen de regulación, manteniendo

un rendimiento superior al 80% para

24

Innova

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Tienen una alta fiabilidad de

funcionamiento, su respuesta a los

cambios de la demanda es muy alta y los

efectos sobre el medio ambiente son nulos

o muy bajos

saltos y cargas muy variables, lo que las

convierte en instalaciones óptimas para

regulación de potencia en tiempo real.

En las zonas altas de los ríos, donde

los caudales son menores y los saltos

elevados, se utilizan ruedas Pelton.

Funcionan con saltos desde 200 hasta

más de 1.500 metros, utilizan un caudal

bajo de agua y permiten un amplio

margen de regulación, manteniendo un

rendimiento superior al 90% y constante

para todo el rango de potencia.

Atendiendo a la tipología del salto

de agua, las centrales son de agua

fluyente, aquellas en las que toda el

agua que circula pasa a través de las

turbinas no reteniendo ninguna cantidad

en el embalse; o de represada, en las

que el caudal de agua se almacena

en el embalse, lo que permite utilizar

la energía del agua y transformarla en

energía eléctrica en los momentos

adecuados. Este último tipo de centrales

puede ser de ciclo anual, en las que el

embalse puede llenarse y vaciarse una

o más veces en un año, o de ciclo híper-

anual, donde el embalse se llena en un

ciclo de varios años de alta pluviosidad.

Este tipo de centrales cumple una

importante función de regulación del

caudal de los ríos, evitando inundaciones

en época de grandes lluvias y aportando

caudales a los ríos en época de sequía.

Centrales reversibles. En el último

tercio del siglo XX se produjo un gran

desarrollo industrial cuyo motor de

desarrollo fue la energía eléctrica. Esta

nueva demanda obligó a construir

grandes centrales térmicas y nucleares

que cubrieran esa necesidad, pero como

efecto secundario, a determinadas horas

del día, la capacidad de generación es

superior a la demanda del mercado y los

grandes grupos térmicos y nucleares

carecen de la capacidad suficiente

de regulación. Para compensar este

desequilibrio, se desarrolló una nueva

marcha el régimen de competencia

en el mercado eléctrico. Este cambio

ha obligado a reducir el coste de

producción, aumentar la fiabilidad

de las instalaciones, reducir la

indisponibilidad y mejorar la respuesta

de los centros de producción.

Para dar respuesta a los nuevos

retos, la Unidad de Hidráulica puso

en marcha el Proyecto Integral de

Modernización, Automatización y

Telemando de todas las instalaciones,

que ha llevado a las centrales

a ser un referente tecnológico. Con

una vida media de más de 40 años,

se modernizaron o actualizaron

los equipos que por su estado

no permitían el funcionamiento

automático, dotando a los nuevos de

una mejor y más rápida respuesta a

las necesidades del mercado, para

posteriormente automatizar los

procesos que permitieran la operación

desatendida. Finalmente, se realizó el

telemando de las centrales.

En la actualidad, todas las centrales

se operan de modo remoto desde

los Centros de Control Integrados,

habiendo incrementado de forma

notable la respuesta a los retos

del mercado en competencia. En

paralelo con el Proyecto Integral de

Modernización, Automatización y

Telemando, se inició una nueva fase de

optimización y mejora tecnológica con

el Proyecto de Cambio de Rodetes.

Aún en desarrollo, consiste en la

optimización de las ruedas hidráulicas

de las centrales para adaptarlas de

forma precisa a una mejor gestión del

agua. Se ha conseguido incrementar

su eficiencia, mejorando el rendimiento

e incrementando de forma notable la

potencia instalada en las centrales y su

capacidad de regulación.

Las centrales hidráulicas de Gas

Natural Fenosa. La producción de

energía hidráulica en el grupo tiene

como misión principal la generación de

energía eléctrica, siendo conscientes

de que todas nuestras actividades,

productos y servicios deben realizarse

de forma sostenible. Se ha implantado

en todos los niveles de la organización

una sólida cultura de respeto a

las condiciones ambientales del

entorno de nuestras instalaciones y

de la importancia ambiental de los

recursos hídricos, ya que suponen un

componente físico fundamental para el

mantenimiento de la riqueza ecológica.

La generación de energía hidráulica

en Régimen Ordinario en España

abarca un conjunto de 40 centrales

hidroeléctricas, más una de bombeo

para el trasvase Tajo-Segura, con un

total de 93 grupos, que se organizan

geográficamente en dos zonas:

(Castilla-La Mancha, Madrid). La

potencia bruta total acreditada de

estos grupos es de 1.868,45 MW.

En Latinoamérica el grupo explota

cuatro centrales con 22 MW instalados

en Panamá y la central de La Joya (50

MW) en Costa Rica.

Además, la compañía dispone de

nueve centrales en Régimen Especial,

con un total de doce grupos, ubicadas

en las Comunidades Autónomas de

Galicia, Madrid y Castilla-La Mancha,

con una potencia bruta de 72 MW y

innova

Centro de Control Integrado de Velle.

tecnología, denominada reversible, con

una alta capacidad para variar en tiempo

real la energía entregada a la red.

Estas centrales mantienen la

capacidad de generación hidráulica

convencional, combinada con la de

elevar agua a un embalse superior en

momentos en los que la producción

eléctrica supera a la demanda de la red.

El excedente de energía que no absorbe

el mercado se almacena en forma de

agua y puede ser retornada a la red

en momentos de alta demanda. Estas

centrales se construyen utilizando las

estructuras hidráulicas existentes en

puntos donde ya existen dos embalses,

uno inferior y otro superior, entre los

cuales se mueve un mismo volumen

de agua, lo que permite la reutilización

y optimización de un volumen de agua

reducido, las hace independientes de

la pluviosidad y caudal de agua del río

y las lleva a ser consideradas como

el mejor sistema de almacenamiento

de energía eléctrica. En la actualidad,

las modernas centrales reversibles

permiten la regulación en todo el

rango de bomba de turbina, lo que las

convierte en la tecnología más solicitada

por los operadores de sistema eléctrico

para compensar la variabilidad de la

generación eólica.

Minihidráulicas. Fruto del mayor

compromiso medioambiental, uno de

los aspectos más importantes y en

continuo desarrollo es la preservación

de los cauces de los ríos, y para ello,

históricamente, sueltan un caudal

permanente al río a través de las

turbinas o con válvulas auxiliares. Estos

caudales, denominados ecológicos,

se utilizan para generar electricidad

a través de centrales de pequeña

potencia, denominadas minihidráulicas,

y optimizadas para el caudal ecológico

específico.

Nuevos retos, nuevas respuestas.

La tecnología hidráulica ha venido

desarrollándose durante más de

100 años, por lo que es necesario

realizar rehabilitaciones orientadas

a la optimización tecnológica y de

explotación adaptadas a las nuevas

necesidades. Así, en la última década

del siglo XX se produjo el mayor

cambio regulatorio del sistema

eléctrico en España al ponerse en

26

Innova

27

que permitió la electrificación de Madrid.

Durante los años veinte se construyeron

nuevos saltos como la Toba (1925), en

el río Júcar, mientras en León o Galicia

se inician otras como la de Tambre, en

1927, cuya casa de máquinas es del

reconocido arquitecto Antonio Palacios.

Algunas marcan hitos tecnológicos,

como la del Salto de Os Peares, que al

inaugurarse se conviertió en la central

más grande de España, o el Salto de

Velle, situado aguas arriba de Ourense,

equipado con el rodete Kaplan de mayor

diámetro de Europa.

En cuanto a las presas, la de

Portodemouros se concluyó en apenas

tres años a pesar de la magnitud

de la obra, y Belesar (inaugurada en

1963), en el río Miño, fue una obra de

ingeniería puntera en Europa. En 1979

se inauguró en la central de Bolarque

el trasvase Tajo-Segura, cuyo objetivo

era equilibrar las reservas de agua en

ambas cuencas. Y en el año 2009 se

completó el complejo de Bolarque con

la construcción de la minicentral de Los

Molinos. En Latinoamérica, la central de

La Joya, en Costa Rica, y Los Algarrobos,

Dolega y Macho de Monte en Panamá,

Innova

De izquierda a derecha, rodete retirado en Castrelo, central de Frieira I y grupo original de Tambre.

Central de generación hidráulica

1

Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía potencial de

un salto de agua, por lo que requieren de estructuras de toma

de agua, normalmente asociadas a una presa o azud. Asimismo,

pueden contener un número de grupos optimizados para el caudal

disponible y el tipo de explotación hidráulica que se va a llevar

a cabo. Al hablar de grupo tenemos que entender este como el

conjunto de la turbina y el generador, es decir, la parte involucrada

en la generación que, gracias a la disposición de su construcción,

permite generar energía.

Entre las partes del grupo generador, la turbina es la que nos

permite hacer circular el flujo de agua por los álabes del rodete,

generando la energía mecánica que se transmite al eje. El rodete,

el equivalente a la rueda hidráulica, nos permite obtener un

movimiento rotativo a través de sus palas y transmitirlo a un eje

solidario. En el eje se encuentra el rotor, cuyo giro dentro de un

estator bobinado permite generar una fuerza electromotriz inducida,

siendo este el responsable de la transformación de una energía

mecánica inicial en energía eléctrica.

Esta arquitectura en los grupos de generación nos permite hacerlos

funcionar de forma independiente, aunque no sería suficiente para

cubrir la demanda del mercado actual. Para ello, a través de la

arquitectura de turbinas regulamos la cantidad de potencia generada

utilizando el distribuidor como componente de regulación de la

carga que se exigirá al rodete, en las turbinas Kaplan y las Francis,

o la apertura de los inyectores en las turbinas tipo Pelton. En el caso

de las Kaplan, además, podemos variar los ángulos de inclinación

de las palas del rodete para optimizar el rendimiento y hacer, si cabe,

aun más eficiente una tecnología ya de por sí excelente.

Todas las centrales del grupo se operan

de modo remoto desde los Centros de

Control Integrados, incrementando de

forma notable la respuesta a los retos del

mercado en competencia

se han certificado como Mecanismo de

Desarrollo Limpio.

Además, la compañía, a través de

su filial de renovables, se encuentra

fuertemente enfocada en el desarrollo

de nuevos aprovechamientos

hidroeléctricos de régimen especial.

Su desarrollo se centra principalmente

en proyectos de fuerte componente

ambiental, mediante el aseguramiento

de caudales de tipo ecológico, la

recuperación de tramos de cauce

o implantación de dispositivos de

franqueo de fauna acuática, todo ello

armonizado con un aprovechamiento

energético óptimo del recurso. En

2009 han sido puestas en marcha

las centrales de Frieira (17,5 MW) y

Los Molinos de Bolarque (4 MW), y

en 2013 está previsto que entren en

servicio las centrales de Belesar II (20,8

MW) y Peares II (17,6 MW), ejemplos

de integración y mejora sostenible.

Fuera del régimen especial, la apuesta

por esta tecnología es visible en los

proyectos en tramitación como las

centrales reversibles de Belesar-Peares

(105 MW), Conchas-Salas (375 MW)

y Edrada-San Esteban (750 MW) y

la hidráulica convencional de Peares

III (150 MW), así como el inicio de la

construcción de la central de Torito en

Costa Rica y la rehabilitación de La

Yeguada en Panamá.

dos nuevas centrales en construcción

de dos grupos cada una, con una

potencia total de 39 MW adicionales.

Todas las centrales disponen

de un sistema de gestión integrado de

calidad y medio ambiente, certificado

según los requisitos establecidos

en las normas ISO 9001:2000 e ISO

14001:2004, y OHSAS 18001, que

forman el sistema integrado de gestión

(SIG). Además, las centrales de la

cuenca del Tambre-Ulla están adheridas

al Reglamento Europeo EMAS de

Ecogestión y Auditoria Ambiental.

Cada una de nuestras centrales

tiene sus peculiaridades, ya sea por su

historia, tecnología o el entorno donde

está. Por ejemplo, en 2010 se celebró

el centenario de la puesta en servicio

del Salto de Bolarque, que da fe de la

vocación pionera en el progreso que Gas

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5

10

6

7

3

4

8

9

1 Embalse

2 Presa

3 Aliviaderos

4 Desagües de fondo y fondo medio

5 Tuberías forzadas

Esquema de funcionamiento

6 Chimeneas de equilibrio

7 Compuertas y válvulas

8 Turbinas

9 Alternadores

10 Transformadores