Energía Hidráulica, Geotermica y Marítimas

Energía Hidráulica, Energía Hidráulica, Energía Hidráulica, Geotérmica y Geotérmica y Geotérmica y

MarítimasMarítimasMarítimasGabriel Ocaña Rebollo

Profesor E. S. de Tecnología Ingeniero Superior de Telecomunicaciones

CEP AlmeríaEnero 2006

� Energía Hidráulica.

� Energía Geotérmica.

� Energías Marítimas.

ÍndiceÍndice

Energía HidráulicaEnergía Hidráulica

Ciclo del agua

La hidrosfera engloba la totalidad de las aguas del planeta, incluidos los océanos, mares, lagos, ríos y las aguas subterráneas. Este elemento juega un papel fundamental, ya que posibilita la existencia de vida sobre la Tierra.

El motor de este gigantesco movimiento es la energía procedente del Sol.


Aplicaciones tradicionalesLa energía hidráulica ha sido explotada desde la antigüedad, sobre todo a partir de la Edad Media:

� Molienda.

� Aserraderos.

� Riego y abastecimiento.

� Bombeo de agua.

� Automatización “pre-industrial”.


Generación de electricidadEn la actualidad, la principal aplicación de la energía hidráulica es la generación de electricidad en las centrales hidráulicas.

En España, su desarrollo siempre ha estado relacionada con la expansión del cultivo de regadío.

HgmE ⋅⋅=

HQgP ⋅⋅⋅= ρt

EP =

V

m=ρ

t

VQ =

⇒


Tipos de presasPara aumentar la producción eléctrica, una presa debe optimizar dos parámetros:

� Cantidad de agua almacenada (Q).

� Altura del agua almacenada (H).

Esto supone soportar enormes esfuerzos y presiones. Las dos estructuras más utilizadas son:

� Estructuras de gravedad.

� Estructuras de bóveda.

Estructura de gravedad

Estructura de bóveda


Presas por gravedadMás fáciles de diseñar y construir, aunque requieren más hormigón.


Presas de bóvedaRequieren menos hormigón, y su diseño es más complejo. Se utilizan para aprovechar gargantas estrechas y altas.


Presas mixtasA veces se tratan de aprovechar las ventajas de ambos tipos, sobre todo con infraestructuras de gran tamaño.


Tipos de turbinas

Pelton

Son turbinas de alta presión

� Eje horizontal.

� Altura superior a 200 m.

� Caudal regular.


Tipos de turbinas

Francis

Son turbinas de media presión

� Eje vertical

� Altura entre 20 y 200 m.

� Caudal variable


Tipos de turbinas

Kaplan

Son turbinas de baja presión.

� Eje vertical

� Altura inferior a 20 m.

� Caudal muy variable.


Generación de electricidadLas turbinas giran solidariamente con cada generador eléctrico, generando una señal de alta corriente y media tensión.


Centrales de bombeoCuando en la red eléctrica de distribución se produce más energía de la consumida, normalmente se deriva a tierra el exceso.

Para no desperdiciar los excesos de energía generada en toda la red, se recupera parte del “combustible” bombeando caudal aguas arriba de la presa.

Este mecanismo también sirve como almacenamiento de energía.


Energía Minihidráulica

La energía hidráulica está muy implantada en los países desarrollados, quedando pocas ubicaciones sin explotar.

El crecimiento en esta forma de energía renovable pasa por las instalaciones de menor tamaño (< 10 MW) que aprovechan saltos pequeños de agua.


Energía Microhidráulica

Para suministro doméstico se pueden instalar turbinas microhidráulicas, con una potencia máxima de algunos KW.

Pueden aprovechar saltos de agua o corrientes de circulación.


Ventajas e inconvenientesComparte las ventajas de otras energías renovables:

� Es renovable.

� No contamina la atmósfera, evitando la lluvia ácida, el efecto invernadero, el agujero en la capa de Ozono, …

� Independencia energética para un país deficitario.

� Es una inversión para generar puestos de trabajo.

Además, presenta estas otras:

� La tecnología para su aprovechamiento cuenta con un enorme grado de desarrollo tecnológico.

� Permite regular la producción instantánea de energía.

� La posibilidad de instalaciones microhidráulicaspermite instalaciones domésticas.

Inconvenientes� Recurso energético localizado.

� La superficie ocupada queda inutilizada para cualquier otro uso.

� Dependencia energética de las condiciones climatológicas y meteorológicas.


Situación actual

España está entre los 6 países que engloban el 91% de la energía minihidráulica europea.

Con el ritmo de crecimiento actual, no es posible alcanzar los objetivos del 2010.

Es necesario adaptar la legislación vigente para diferenciar los trámites administrativos de este tipo de instalaciones frente a las grandes centrales hidráulicas.




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El calor interno de la TierraEl interior de la Tierra está a unos 4.000 ºC, y el manto a unos 1.000 ºC.

Este calor produce muchos fenómenos geológicos:

� Deriva continental

� Volcanes

� Terremotos

� Géiseres, …

Energía GeotérmicaEnergía Geotérmica


Yacimientos GeotérmicosEn determinadas circunstancias, el calor magmático almacena bolsas de vapor a gran temperatura:

� Fuente profunda de calor

� Capa porosa de terreno, permeable.

� Rocas impermeables.

Así, el agua de deshielo o precipitaciones puede quedar atrapada bajo tierra y alcanzar una temperatura que la transforma en vapor.

Si esta agua encuentra una salida, sale a la superficie a presión:

� Géiseres

� Fumarolas


Centrales Eléctricas GeotérmicasCuando el vapor de agua es de media o alta temperatura, se puede utilizar para propulsar una turbina de vapor y generar electricidad, así como en procesos de cogeneración.

Actualmente, hay centrales en explotación que llegan hasta los 3.000 m. de profundidad.


Centrales Eléctricas Geotérmicas


ACS y Calefacción Geotérmicos

Cuando la temperatura a la que se puede calentar el agua en el subsuelo es inferior a los 100 ºC, su aplicación es para ACS y calefacción.


Ventajas e inconvenientes� Es renovable.

� No contamina la atmósfera, evitando la lluvia ácida, el efecto invernadero, el agujero en la capa de Ozono, …

� Independencia energética para un país deficitario.

� Es una inversión para generar puestos de trabajo y desarrollar economías locales.

� Se genera energía de manera continua, por lo que es independiente de las condiciones climatológicas y meteorológicas.

� El agua que vuelve a la naturaleza es limpiada de sustancias contaminantes como el azufre.

Inconvenientes� Recurso energético muy localizado.

� Las instalaciones se degradan por corrosión.




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Energías MarítimasEnergías Marítimas

Energía de las mareas

Los cambios diarios de nivel que sufren las aguas del mar se deben a las atracciones gravitacionales de la Luna y en menor medida el Sol.

Se provocan diariamente dos momentos de elevación del nivel del mar (pleamar) y dos de disminución de nivel (bajamar).



Las mareas son más acusadas en aguas oceánicas cercanas a plataformas continentales.

Una manera de aprovechar su energía es mediante presas que aumenten la energía potencial del agua:

� Hasta la pleamar las exclusas permanecen cerradas.

� En pleamar, con el máximo desnivel posible, se abren las compuertas y se genera electricidad como en una instalación hidroeléctrica.

� Hasta la bajamar las exclusas permanecen cerradas.

� En bajamar, con el máximo desnivel posible, se abren las compuertas y de nuevo se genera electricidad.



En su movimiento de ascenso y descenso también producen corrientes de agua, muy acusadas en estuarios, bahías cerradas, …

El aprovechamiento eléctrico de estas corrientes se hace con hidroturbinas, similares a aerogeneradores sumergidos.


Energía de las olasLas olas están provocadas por el rozamiento del viento sobre la superficie del mar.

En alta mar es un movimiento oscilatorio, no de desplazamiento.

Cuando el agua es poco profunda, la oscilación se interrumpe y la ola rompe.


Energía de las olasUna manera de aprovechar esta energía es mediante la oscilación vertical de las olas lejos de la costa.

A través de una boya, la oscilación de las olas sirve para estimular un generador eléctrico:

� Haciendo de pistón y bombeando un fluido.

� Haciendo variar directamente el campo magnético de un generador eléctrico.


Energía de las olasOtro modo extraer energía es en el momento del choque contra la costa.

De los diversos modos ensayados, el más extendido aprovecha la expulsión y succión de aire del aire dentro de un conducto en el vaivén de las olas.

Así se hace girar la hélice de una turbina.


Energía térmica oceánicaHay ocasiones en que la superficie oceánica y las aguas inferiores no muy profundas tienen diferencias de temperatura considerable.

Esto ocurre en muchas aguas tropicales. El gradiente térmico se puede aprovechar como focos caliente y frío de un ciclo termodinámico.

Se están investigando los fluidos más adecuados para aprovechar esta diferencia de temperatura en un ciclo termodinámico de generación eléctrica.

““““““““Me interesa el futuro porque es el lugar donde Me interesa el futuro porque es el lugar donde Me interesa el futuro porque es el lugar donde Me interesa el futuro porque es el lugar donde Me interesa el futuro porque es el lugar donde Me interesa el futuro porque es el lugar donde Me interesa el futuro porque es el lugar donde Me interesa el futuro porque es el lugar donde pasaré el resto de mi vida.”pasaré el resto de mi vida.”pasaré el resto de mi vida.”pasaré el resto de mi vida.”pasaré el resto de mi vida.”pasaré el resto de mi vida.”pasaré el resto de mi vida.”pasaré el resto de mi vida.”

Woody Allen.

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