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Cómo funciona una central de embalse

Varias son las ventajas de la hidroelectricidad de gran escala, como la independencia del suministro y su nula emisión de gases a la atmósfera.

En Chile las principales fuentes de generación eléctrica son la hidroelectricidad y la termoelectricidad. Según estadísticas del Ministerio de Energía en 2009 el 43% de la electricidad producida provino de fuentes hidráulicas, mientras que el carbón representó 28% de la generación, el diesel fuel oil 18% y el gas natural 9%.

Una parte de la hidroelectricidad se genera mediante centrales con embalse de regulación; esto es, embalses de gran volumen que acumulan el agua que proviene principalmente de los deshielos que ocurren entre septiembre y enero y la utilizan para complementar los caudales de los ríos en los periodos más secos, en general desde abril a julio.

Otra parte de la energía hidroeléctrica se genera en centrales de pasada; esto es, en centrales de generación que no poseen embalses de acumulación o regulación y por lo tanto el agua que no se genera sigue río abajo y se pierde la energía correspondiente.

Cómo operan estas generadoras responde a un esquema básico que se mantiene en el tiempo y que se puede explicar de manera sencilla.

Cómo opera una central hidroeléctrica

Una central hidroeléctrica de embalse funciona de manera bastante similar a una central hidráulica de pasada. Ambas plantas, para generar la energía constan de las siguientes obras: toma de agua del río, a través de una bocatoma o embalse, la que es derivada a obras de conducción, ya sea por un canal, acueducto, tubería o túnel, el cual tiene una pendiente menor a la del río o cauce original. Al término de las conducciones en acueducto (canal) hay una cámara que se le conoce como “cámara de carga”, cuya función es traspasar el agua desde el canal a la tubería en presión evitando la entrada de aire. La tubería en presión conduce el agua desde la cámara de carga hasta la turbina, lugar en que se transforma la energía hidráulica en energía mecánica de rotación y luego mediante el generador en energía eléctrica. El agua es desvuelta finalmente desde la turbina al río.

La obra de conducción, que puede ser un canal, tubería o túnel, que opera como acueducto, es decir sin presión, a medida que se va alejando del punto de captación, por su menor pendiente respecto del cauce del río, tiene una diferencia de altura sobre éste, que se le conoce como “altura de caída” o “salto”. Por la diferencia de altura se produce una presión que junto con el caudal de agua hace mover una turbina.

Del agua transportada se aprovecha la altura (presión) y su caudal para producir electricidad; ambos factores determinan la potencia de una central hidroeléctrica.

¿Qué es lo que diferencia a una central de pasada de una de embalse? Que la última tiene un “estanque” para acumular una gran cantidad de agua, por lo que en momentos en que no está generando electricidad o que disminuye la demanda, la central acumula el recurso en su embalse. Como explica Fernando Baraona, gerente técnico de la empresa EPS Ingeniería y Consultoría de Proyectos L, “estas centrales se conocen como centrales con embalse, centrales con regulación o con capacidad de regulación. Chile es un país con una alta cordillera con respecto al nivel del mar. La precipitación que cae en la cordillera normalmente es sólida (nieve). Ahí se forma además hielo que junto con la nieve se derriten en un tiempo muy corto, entre septiembre y enero-febrero. Los embalses se llenan en este periodo yY entregan el agua en las épocas de bajos caudales del río. Adicionalmente los embalses regulan el flujo de agua, ya que al tener capacidad de acumulación permiten controlar los caudales que se entregan al río. Por eso, las centrales que generan energía hidroeléctrica y que tienen embalse de estas características, se conocen también como centrales de embalse o con regulación.

La presa es la “barrera”, “muro” o “cortina” que se levanta en un río para formar una laguna o embalse y juntar un volumen importante de agua. Las presas pueden ser de suelo (tierra y/o roca), de hormigón rodillado u hormigón armado. Por ejemplo, en nuestro país la presa de Ralco es de hormigón rodillado, y la de Rapel es de hormigón armado. El suelo es el elemento más utilizado en las centrales hidroeléctricas, ya que es un elemento flexible capaz de soportar los movimientos sísmicos en zonas donde no hay roca. Además, como grafica Baraona, “hay zonas de este país donde existen gargantas rocosas, roca de buena calidad que permite poner y fundar (afirmar) una presa de hormigón. La presa queda anclada a la roca, tanto en los costados como en el fondo”.

Dependiendo del caudal de agua y de la altura de la caída se ocupan distintos tipos de turbinas como Francis, Pelton Kaplan u otras. En Chile, la mayoría de las centrales con embalse tienen turbinas Francis, por la combinación de altura y caudal,. Estas turbinas están conectadas a los generadores, que en Chile son alternadores; esto es, producen corriente alterna en 50 Hertz. “Del generador salen los cables que van a los transformadores. Los voltajes de generación varían entre 3.500 V y 20.000 V y el transformador los eleva hasta 66.000, 110.000, 220.000 o 500.000 V” según el sistema de transmisión a que está conectada la central, señala el gerente técnico de EPS.

Aguas abajo del embalse, el río sigue fluyendo con lo que se llama “caudal ecológico”, caudal mínimo establecido por la autoridad ambiental para mantener el ecosistema del lugar donde se levanta la central. En el embalse, en tanto, se construye como obra de seguridad un vertedero, que puede liberar parte del recurso hídrico para evitar que se sobrepase el nivel máximo de agua establecido en el dieseño. Este vertedero de crecidas o aliviadero de la presa es de hormigón, para evitar ser erosionado por el movimiento del agua.

Las bondades de la hidroelectricidad

Varias son las características positivas de la hidroelectricidad. Su generación no produce gases, calor a la atmósfera ni devuelve agua con una temperatura elevada al mar, como si lo hacen las centrales termoeléctricas. Además, no hay dependencia de recursos que provienen del exterior, como el carbón, el gas o el diesel. Para Baraona, que actualmente se estén construyendo más de 3.000 MW en centrales de carbón en comparación a los cerca de 1.000 MW en proyectos hidroeléctricos, obedece por una parte a la facilidad con que se otorgan los permisos ambientales a este tipo de centrales de generación y por otra a que “una central térmica requiere mucho menos capital para ser construida, mientras que una hidroeléctrica requiere grandes capitales y tiempo para ser diseñada y levantada. Pero, una central térmica requiere grandes flujos de capital para ser operada, ya que hay que estar comprando el petróleo o el carbón, y las mantenciones son muy caras”.

El ejecutivo destaca además que Chile está todavía lejos de copar su capacidad hidráulica con aproximadamente unos 15.000 MW de generación hidroeléctrica aún no desarrollados. Hoy en día hay cerca de 40 derechos de agua en venta o en remate. Otro beneficio es que se ha avanzando mucho en la eficiencia de los diseños, lo que en el caso de las centrales con regulación, ha permitido reducir las superficies inundadas. “Hay centrales que generan 600 MW e inundan 11.000 Ha y hoy hay otras en proyecto que tendrían 2.800 MW y que inundan alrededor de 5.000 Ha (proyecto HydroAysén). Ese es un compromiso de los que nos dedicamos a este tipo de actividad y de la autoridad para afectar menos el medio ambiente”, destaca Baraona.

Por otro lado, para el ejecutivo la legislación ambiental chilena está dentro de las más avanzadas del mundo, mientras que el sistema eléctrico chileno ha sido imitado en gran parte de Latinoamérica durante las últimas dos décadas. Por ello, el lento desarrollo de los proyectos hidroeléctricos se debería a los mecanismos de decisión para aprobar o rechazar estas iniciativas, los que están sometidos a presiones políticas, que demoran la toma de decisiones y desincentivan muchas veces a los inversionistas. Como explica Baraona, en otros países “el proceso es mucho más claro. Si el proyecto no cumple con la reglamentación ambiental no se aprueba y si se cumple se hace y se acabo el tema, y no está interviniendo el presidente, el ministro o los diputados respecto a si se construye o no. En Chile tenemos buenos especialistas, la autoridad ambiental tiene buenos profesionales, pero está sometida a presiones de todos lados”.