Una central hidroelèctrica és un conjunt d´obres d´enginyeria hidràulica juntament amb una sèrie de màquines adequades. L'objectiu d'una central hidroelèctrica és obtenir electricitat a partir de l'energia potencial de masses d'aigua en moviment.
Aquests tipus de centrals elèctriques aprofiten l'energia potencial de l'aigua per generar energia elèctrica.
L'energia produïda per les plantes hidroelèctriques s'ha de classificar en tots els aspectes com a energia renovable. Gràcies al cicle de l'aigua, aquest recurs es pot reutilitzar sense fi amb el mateix propòsit sense sotmetre's a un procés de purificació. El concepte de renovabilitat està subordinat a la constància del volum anual de les entrades totals.
Les plantes hidroelèctriques tenen la particularitat de ser activades i desactivades en pocs minuts amb lobertura immediata de les vàlvules hidràuliques de comporta. Aquesta característica brinda la possibilitat de cobrir fàcilment els pics sobtats de demanda denergia elèctrica que puguin ocórrer.
Com funciona una central hidroelèctrica?
Una central hidroelèctrica moderna es compon de: un embassament, una presa, comportes, turbines i generadors.
El dipòsit emmagatzema el combustible i permet als operadors controlar la quantitat d'aigua que s'alimenta a les turbines. També serveix com a dipòsit de sedimentació: la major part de la brutícia i les deixalles a l'aigua es dipositen al fons i lluny de l'àrea de succió.
Entrada d´aigua
L'aigua que prové de la conca es transporta a les turbines mitjançant una entrada (presa de comporta) i un conducte forçat. Un sistema de filtre dentrada neteja encara més laigua per garantir que estigui relativament lliure de sòlids en suspensió, cosa que podria danyar les pales de la turbina.
Els sistemes hidràulics treballen junts per obrir i tancar les vàlvules de comporta que permeten que el cabal daigua flueixi aigües avall de la conca. Aquests sistemes són: el regulador, els frens, els controls de la comporta, etc.
Turbina hidràulica
La roda d'aigua del passat ha esdevingut una turbina moderna. A diferència de la forma i la configuració de la pala, els tres tipus principals de turbines són Francis, Kaplan i Pelton, que porten el nom dels seus inventors.
Independentment del tipus de disseny, la turbina transforma l'energia cinètica del moviment o la caiguda d'aigua en energia mecànica.
Generador elèctric
La turbina està connectada a través de lʻeix al rotor dʻun generador elèctric que converteix lʻenergia mecànica en electricitat.
Per a una màxima eficiència, les turbines estan fetes a mida per a cada planta hidroelèctrica.
Tipus de centrals hidroelèctriques
Alguns dels tipus més comuns són:
- Centrals hidroelèctriques d'embassament: Emmagatzemen aigua en un embassament, alliberant-la gradualment per moure turbines i generar electricitat. Són les més comunes.
- Centrals de passada: No emmagatzemen aigua i depenen del flux constant de rius o corrents per generar energia.
- Centrals de bombament: Emmagatzemen aigua en dos embassaments a diferents alçades i generen electricitat bombant aigua des de l'embassament inferior al superior durant els períodes de baixa demanda, i després alliberant-la cap avall durant la demanda escaig.
- Centrals de marees: Capturen l'energia de les marees en permetre que l'aigua flueixi cap ai des d'una conca de marea a través de turbines.
- Centrals hidroelèctriques subterrànies: Utilitzen cavernes o cavitats subterrànies per emmagatzemar aigua i generar energia, cosa que minimitza l'impacte ambiental a la superfície.
- Centrals hidroelèctriques petites o microhidroelèctriques: Són instal·lacions més petites que s'utilitzen en àrees remotes o comunitats rurals per generar electricitat local.
- Centrals de cabal continu: Aquestes centrals utilitzen el corrent constant de rius petits per generar electricitat de manera contínua.
Centrals de bombament
Les plantes d'emmagatzematge per bombament són plantes d'energia que omplen la pròpia conca d'emmagatzematge amb aigua quan es produeix electricitat en excés del consum.
La planta denergia després compra electricitat a un preu inferior al seu preu mitjà, moment en el qual canvia la seva configuració i bomba aigua als seus tancs demmagatzematge. Quan el consum excedeix el subministrament d'electricitat, la central elèctrica ven l'electricitat que produeix dels seus tancs d'emmagatzematge als consumidors a un preu més car que el preu mitjà.
Les centrals de bombament utilitzen dos embassaments situats a diferents alçades. Quan hi ha demanda, la central genera electricitat com a planta convencional. L'aigua cau de l'embassament superior, acciona les turbines i s'emmagatzema a l'embassament inferior.
Quan la demanda és baixa, es bomba novament l'aigua de l'embassament inferior, a peu de presa, a l'embassament superior.
Característiques principals
La capacitat de producció duna central hidroelèctrica es determina per diversos factors clau:
- Diferència d'alçada: La potència generada depèn de la diferència entre el nivell mitjà de l'embassament i el nivell de les aigües a peu de presa.
- Cabal màxim: La capacitat de pas del cabal daigua a través de les turbines és un factor essencial.
- Característiques de turbines i generadors: L'eficiència de les turbines i els generadors elèctrics utilitzats a la central influeix en la producció d'energia.
- Capacitat energètica anual: La quantitat denergia que la central pot generar en un període determinat, generalment un any, és un indicador de la seva capacitat.
Tipus de turbines hidràuliques
- Turbina Pelton: Adequada per a altes caigudes daigua i cabals baixos a moderats.
- Turbina Kaplan: Ideal per a cabals variables i alçades moderades.
- Turbina Turgo: Utilitzada en aplicacions de cabals mitjans i alçades moderades.
- Turbina Francis: Versàtil i apta per a una varietat de cabals i alçades.
Avantatges de les centrals hidroelèctriques
Els beneficis de la generació elèctrica mitjançant plantes hidroelèctriques en comparació amb altres alternatives són:
Cost econòmic baix
El principal avantatge de l'energia hidroelèctrica és eliminar el cost de combustible. El cost de funcionament d'una central hidroelèctrica és gairebé immune als augments dels costos de combustibles fòssils.
El combustible no és necessari i no cal ser importat.
El cost de mà dobra en general és baix, ja que les plantes estan automatitzades i tenen poc personal durant loperació.
Una central hidroelèctrica es pot establir amb costos relativament baixos de construcció, proporcionant una font d'ingressos útil per compensar els costos d'operació de base.
Avantatges mediambientals
Aquesta manera de generar energia no emet gasos d'hivernacle.
Com que és una energia renovable no no consumeix combustibles fòssils. Per tant, no emet gasos amb efecte d'hivernacle amb el diòxid de carboni, entre d'altres.
Altres tipus d'activitats: activitats recreatives, esports i turisme
Els embassaments situats a la central, de vegades ofereixen facilitats per als esports aquàtics, convertint-se en atractius turístics en si mateixos.
En alguns països la cria de peixos en bases és comuna.
Dels usos múltiples de les preses per al reg instal·lat, pot donar suport a l'establiment de cultiu relativament constant amb l'abast de l'aigua.
Inconvenients de les centrals hidroelèctriques
Manteniment
Un problema relacionat amb les centrals hidroelèctriques és l'acumulació de sediments a l'embassament superior. Aquest problema apareix inevitablement al llarg del temps.
Per evitar-ho, els sediments acumulats han de ser dragats periòdicament.
Inconvenients mediambientals
La presència d'una presa implica certes complicacions pel que fa al medi ambient:
-
Les preses bloquegen el transport de sòlids dels rius (sorra i grava).
-
L'aigua que surt de la central està lliure de sediments, cosa que altera l'equilibri entre el subministrament sòlid i l'activitat erosiva a les aigües aigües avall. A causa de la contribució reduïda o nul·la sòlida, hi ha el fenomen de l'erosió costanera.
-
Modificació de paisatge.
-
Destrucció dhàbitats naturals.
Molts d'aquests problemes ambientals no ocorren en els sistemes “MINI-HYDRO”, que en la majoria dels casos no requereixen la construcció de preses.
