La energía solar que incide en la superficie de la Tierra es el motor del ciclo hidrológico del agua. Este ciclo se inicia con la evaporación del agua de los océanos y la posterior condensación para formar ríos y lagos, en las regiones continentales. La energía hidráulica es aquella que posee el agua de los ríos y los lagos, referidas a su altura sobre el nivel del mar y a su caudal de circulación.
Esta es una energía limpia, porque no proviene de fuentes contaminantes del medio ambiente. Además, es una energía renovable, ya que proviene de una fuente de energía inagotable como el Sol. Por lo tanto, su aprovechamiento tiene mucha importancia para el desarrollo de las actividades humanas, sin causar daños al ambiente.
Se estima que de toda la energía hidráulica del mundo solo se aprovecha el 30 %. Por lo tanto, es mucho lo que se puede seguir explotando de esta energía.
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¿Qué estudios previos se hacen para aprovechar la energía hidráulica?
La potencia hidráulica (P) de un río se calcula aproximadamente por la siguiente fórmula: P = g × q × h. En esta ecuación, la g es la aceleración de gravedad (9,81 m/s²), q es el caudal de agua (m³/s) y h es la altura o diferencia de nivel. La medición del caudal del río se hace en un período de tiempo de un año.
Se hace también un estudio de la geografía del terreno para estimar el sitio más adecuado para hacer el embalse y la presa de gravedad. El aprovechamiento de la energía hidráulica requiere de mucha inversión en obra civil. Sin embargo, se obtiene un ahorro muy grande en consumo de combustibles fósiles, el cual se estima en miles de toneladas anuales.
El retorno de la inversión es a mediano y largo plazo, debido al alto costo de las obras civiles. No obstante, es un retorno seguro porque es en base a energía renovable y las obras civiles principales se diseñan para durar hasta 100 años.
¿Cómo se aprovecha la energía hidráulica?
La energía hidráulica, para poder aprovecharse eficientemente, debe convertirse en energía hidroeléctrica, mediante generadores eléctricos acoplados a unas turbinas. La fuerza del agua mueve las turbinas, las cuales están acopladas mecánicamente a los generadores eléctricos. El movimiento relativo entre los campos magnéticos del rotor y del estator, dentro del generador, genera la energía hidroeléctrica.
La energía eléctrica o hidroeléctrica que sale de los generadores es de tipo alterna, trifásica y de alto voltaje. Una de las grandes ventajas de la energía eléctrica es que pueden transportarse grandes cantidades de energía, mediante conductores eléctricos a largas distancias. Además, pueden ajustarse los niveles de voltaje al consumo doméstico, comercial e industrial.
China es el país que produce la mayor cantidad de energía hidroeléctrica, en comparación con cualquier otra nación. Luego le siguen los Estados Unidos, Brasil y Canadá. Estos cuatro países generan la mitad de toda la energía hidroeléctrica que se produce en todo el mundo.
Entre todos los tipos de energías que se producen en el mundo, la hidroeléctrica es la fuente de energía más limpia y ecológica, conjuntamente con la fotoeléctrica y la eólica. La generación y consumo de energía limpia es la mejor manera de preservar el ambiente, sin alterar el progreso y desarrollo de la humanidad.
¿Qué es una central hidroeléctrica?
Una central hidroeléctrica es una instalación compuesta por máquinas eléctricas, turbinas y obras civiles, que son necesarias para la transformación de la energía hidráulica en energía eléctrica. Dependiendo de su potencia, la central hidroeléctrica puede ser de gran potencia (más de 10 MW), minicentrales (entre 1 y 10 MW) y microcentrales (menos de 1 MW).
La presa de gravedad es uno de los componentes más grandes y resistentes de una central hidroeléctrica, la cual define la altura o desnivel de energía hidráulica aprovechable. Está hecha de hormigón y separa el embalse de agua de la sala de máquinas. Del lado del embalse, donde se almacenan millones de metros cúbicos de agua, se encuentra el nivel más alto del agua. Por otra parte, en el nivel más bajo se encuentra la sala de máquinas, donde están instalados los generadores y las turbinas.
Unos conductos de hormigón reforzado conducen el agua, a través de la presa de gravedad, desde el embalse hasta la parte inferior de la casa de máquinas. El agua mueve las turbinas, las cuales a su vez mueven los generadores. Con el movimiento de los generadores se produce la transformación de la energía hidráulica en energía hidroeléctrica.
En el patio de transformadores de la central hidroeléctrica se eleva el voltaje de la energía eléctrica de los generadores, mediante máquinas transformadoras de alta tensión. De esta forma, la energía podrá transmitirse, a largas distancias y hasta las grandes ciudades y fábricas.
Por medidas de seguridad, en la parte superior de la presa de gravedad se colocan rebosaderos o aliviaderos de agua. Estos equipos son compuertas hidráulicas que permiten la descarga controlada de los excesos de agua, que se van acumulando en el embalse.
Ventajas comparativas de la energía hidroeléctrica
Las principales fuentes de energía limpia y energía renovable son la energía hidráulica, la energía fotovoltaica y la energía eólica. Entre todas, la hidráulica es la que permite un aprovechamiento más continuo y estable, debido a que el embalse almacena grandes cantidades de agua (energía). De esta forma, se mantiene constante la generación eléctrica, aún cuando el caudal del río varíe en el transcurso del año.
Sin embargo, con la energía fotovoltaica no sucede igual, ya que la generación eléctrica varía en el transcurso del día y en la noche es totalmente nula. Por otra parte, la energía eólica también es variable y poco uniforme. Se ha tratado de minimizar este inconveniente con el uso de baterías auxiliares, pero ninguna batería puede almacenar realmente grandes cantidades de energía.
Hogar Sostenible y las fuentes de energía renovable
En Hogar Sostenible siempre resaltaremos la importancia del aprovechamiento de la energía hidráulica, eólica y fotovoltaica. Cada una de ellas tiene sus desventajas y ventajas. Sin embargo, toda fuente de energía respetuosa del medio ambiente, que sustituya a los combustibles fósiles o la energía nuclear, debe ser la prioridad en todo el mundo.
