Centrales Eléctricas: Producción de Energía

La necesidad de disponer de energía eléctrica en grandes cantidades y de manera inmediata hace necesaria la existencia de centrales productoras que transforman la energía primaria en energía eléctrica. Estas instalaciones, denominadas centrales eléctricas, disponen de un conjunto de máquinas motrices y aparatos que se utilizan para generar energía eléctrica.

Producción, Transporte y Consumo de Energía

El elemento principal de cualquier central generadora de energía, salvo de las centrales fotovoltaicas, es el generador eléctrico o alternador, que transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Para transferir la energía eléctrica desde las centrales generadoras hasta los centros de consumo se utiliza la red eléctrica, que consta de líneas eléctricas de transporte, estaciones transformadoras y líneas de distribución. El inconveniente principal de la energía eléctrica producida en las centrales es que no se puede almacenar, por lo que si no se consume se pierde. Por ello, es necesario regular la producción y ajustarla al consumo.

Tipos de Centrales Eléctricas

Según el servicio que proporcionan en el consumo global de la red, las centrales se clasifican en los tipos siguientes:

• Centrales de Base o Principales

  Están destinadas a suministrar energía eléctrica de forma continua. Tienen una potencia elevada y normalmente son las centrales nucleares, las grandes centrales termoeléctricas y las centrales hidroeléctricas.

• Centrales de Punta

  Están proyectadas para cubrir demandas de energía en horas punta. Trabajan en paralelo con las centrales principales.

• Centrales de Reserva

  Son las que tienen por objetivo sustituir total o parcialmente la producción de una central de base, en caso de avería o reparación.

• Centrales de Bombeo

  Son centrales hidroeléctricas que aprovechan la energía sobrante en las horas valle (A) para bombear agua a un embalse superior, y en las horas punta (B) la aprovechan para proporcionar energía a la red.

Centrales Hidroeléctricas

Se basan en el aprovechamiento de la energía del agua que transportan los ríos para convertirla en energía eléctrica, y utilizan turbinas acopladas a alternadores. Las transformaciones de energía que se realizan en este tipo de centrales son:

Energía potencial (embalse) → energía cinética (tuberías) → energía cinética de rotación (turbina) → energía eléctrica (alternador) → utilización.

Hay dos tipos:

• Centrales de Agua Fluyente

  Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica disponible se puede utilizar directamente para accionar las turbinas. Son instalaciones de poco rendimiento, dado que no se puede regular el caudal del agua que lleva el río y, por tanto, este puede ser muy irregular según la época del año.

• Centrales de Agua Embalsada

  El agua se acumula en un lago artificial o pantano y se utiliza en función de las necesidades de energía eléctrica. La disposición orográfica del terreno determinará las características constructivas del aprovechamiento hidráulico. Hay dos modelos:

  • Centrales de Derivación

    Las aguas del río se desvían por medio de una pequeña presa hacia un canal, con el mínimo desnivel posible. La diferencia de nivel entre las aguas del canal de derivación y el río irá aumentando en función de la longitud del canal. En un punto apropiado se construye un pequeño depósito llamado cámara de carga y de presión que alimenta una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina situada muy por debajo del nivel del canal. A la salida de la turbina, el agua se restituye al río, aguas abajo, con una tubería o un canal de descarga.

  • Centrales de Acumulación

    Se sitúan en un tramo de río con desnivel apreciable, donde se construye una presa que obstaculiza el paso de las aguas y produce un embalse. El agua adquiere más o menos energía potencial en función de su altura. A media altura de la presa, para aprovechar el volumen del agua almacenada, está la salida de agua que alimentará las turbinas de la central, situadas al pie de la presa.

Componentes de una Central Hidroeléctrica

Los elementos más característicos de una central hidroeléctrica son: la toma, los conductores de agua, la sala de máquinas, los transformadores y el parque de distribución.

• La Toma (Presa)

  Es una construcción, normalmente de hormigón, que se levanta sobre el cauce del río y es perpendicular a su dirección con la finalidad de retener el agua para elevar el nivel y formar un embalse o lago artificial. Hay dos tipos:

  • Presa de Gravedad

    La fuerza del agua almacenada es contrarrestada con el mismo peso de la presa. El perfil transversal es triangular y se necesita una gran cantidad de material para su construcción. Una variante es la presa de contrafuertes que, por su disposición, permite un ahorro importante de material.

  • Presas de Bóveda o de Arco Sencillo

    La planta de la presa forma un arco que debe estar fuertemente anclado en las paredes laterales del río, donde transmite las fuerzas que provocan la contención del agua. Su perfil es más esbelto que el de las presas de gravedad, de manera que se necesita mucho menos material para su construcción.

• Los Conductores de Agua

  Para alimentar las turbinas, las presas tienen unas compuertas que permiten regular el caudal y están protegidas por unos enrejados metálicos que impiden que elementos como ramas, troncos, etc., puedan deteriorarlas. Dado que la mayoría de presas también tienen la función de regular el caudal de los ríos, deben permitir la evacuación del agua sin necesidad de pasar por las turbinas. Por ello, utilizan aliviaderos equipados con compuertas, y al pie de la presa se construyen unos elementos amortiguadores de la energía adquirida por el agua cuando cae. En la parte más honda de la presa están los desagües, que permiten el vaciado de todo el pantano con el fin de realizar, por ejemplo, tareas de mantenimiento o drenaje.

• La Sala de Máquinas

  En la sala de máquinas están las máquinas motrices de la central, los llamados grupos turboalternador. En función de la altura del salto y del caudal de agua se utilizan diferentes tipos de turbinas: las más importantes son las turbinas Pelton (en saltos de gran altura y caudal regular), las turbinas Francis (en saltos medios y caudal variable) y las turbinas Kaplan (en saltos de poca altura y caudal muy variable). Las centrales disponen de varios grupos para que se puedan hacer trabajar independientemente con un rendimiento máximo en función del caudal del agua disponible.

• Transformadores y Parque de Distribución

  La tensión de la corriente eléctrica obtenida en los alternadores es igual o inferior a 20 kV. Para elevar la tensión a un valor adecuado para su transporte a los centros consumidores se utilizan los transformadores. Con esta elevación de tensión se evitan pérdidas de energía. En el parque de distribución, la central se conecta a la red de transporte. Este transporte se realiza mediante las líneas de alta tensión.