Las represas hidroeléctricas generan enormes almacenamientos de energía potencial hidrostática, desplazan grandes cantidades de agua a través de sus turbinas y, de ese modo, hacen girar los generadores que producen electricidad. Las más importante de este tipo de represas en el mundo, la Represa de las Tres Gargantas sobre el rio Yangtzé en China, tiene una capacidad de generación de electricidad de un máximo de 22 500 MW. Esto representa el suministro eléctrico suficiente para alimentar a más de 18 millones de hogares (en función de las tasas de consumo energético promedio en los EUA). Las centrales hidroeléctricas generan casi el 6,7 % de la electricidad para satisfacer las necesidades mundiales.
¿De qué forma las represas hidroeléctricas generan electricidad?
¿Cómo funcionan estas enormes obras de ingeniería hidroeléctricas? Analicemos los componentes básicos de una represa hidroeléctrica y el proceso de generación de energía sostenible y productiva.
Paso 1: Aprovechamiento del potencial energético
Un río caudaloso libera energía potencial en forma de energía cinética y sonido; la gravedad genera que el agua fluya en una trayectoria específica. Las represas detienen la liberación de la energía cinética y almacenan de manera eficiente la energía potencial de un río en un embalse con características de lago. El funcionamiento de las represas hidroeléctricas se basa en la reserva del agua y la energía potencial de un río. La carga hidráulica, generada por la profundad y la velocidad del agua a medida que se desplaza a través de la tubería forzada de la represa, permite el giro de la turbina que se encuentra en la planta hidroeléctrica.
Paso 2: Giro de la turbina hidroeléctrica
La forma y tamaño de los ventiladores mecánicos pueden variar. Por lo general, cuanto más grande es el ventilador, más difícil es moverlo. Los ventiladores de grandes dimensiones precisan voltajes más elevados y motores más grandes para hacer que giren. Las turbinas de mayor tamaño, como las turbinas Francis en la represa Tres Gargantas y muchas otras represas hidroeléctricas, también necesitan más energía para acelerar su movimiento.
El giro de este tipo de turbina hace uso de la carga hidráulica. La presión hidrostática causada por la energía potencial de la represa genera esta carga hidráulica, cuyo aumento es proporcional a la velocidad del fluido. En pocas palabras, una represa de mayor altura genera una carga hidráulica más elevada y puede hacer girar turbinas de mayores dimensiones. El giro de la turbina convierte la carga hidráulica en energía cinética. Esta conversión elimina de manera eficaz la velocidad y la presión hidrostática del agua y permite su flujo saliente y lento desde la base de la represa.
Paso 3: El generador de la turbina hidroeléctrica
El movimiento rotatorio de la turbina genera energía eléctrica. Las turbinas se acoplan con generadores eléctricos ya sea de manera directa o a través de una caja de engranajes o transmisión que hace girar el eje y el inducido del generador. El conmutador y el conjunto de escobillas captan el flujo de electricidad creado por el giro del inducido del generador con respecto a su estator.
Los generadores de grandes dimensiones, como aquellos en funcionamiento en represas hidroeléctricas, generan gran cantidad de reluctancia, es decir, resistencia al giro mecánico, que solo puede compensarse mediante elevadas fuerzas de torque causadas por el giro de la turbina. Gracias a un sistema de transmisión similar al automotriz, el movimiento rotatorio de la turbina se convierte en relaciones variables de torque y velocidad.
Paso 4: Captación y transmisión de energía hidroeléctrica
La electricidad generada se transforma con rapidez en voltajes para su aplicación en redes, que la empresa de suministro de energía local transmite luego a través de líneas de distribución eléctrica. Los transformadores elevadores que se emplean en las represas hidroeléctricas generan voltajes que puede emplearse en los servicios públicos en base a los voltajes de salida relativamente inferiores de los generadores. Los voltajes más elevados que genera una central hidroeléctrica son perfectos para la transmisión de electricidad a lo largo de grandes distancias, debido a la baja corriente eléctrica que los hace más eficientes. Cabe señalar que la represa del Cañón de Glen ubicada en la ciudad de Page del estado de Arizona, alimenta a hogares que se encuentran a una distancia de casi 900 millas (1500 km) en la parte norte de Nebraska, probablemente gracias a la transmisión de 500 kV que forma parte del recorrido de la electricidad.
Avances en materia de energía hidroeléctrica renovable
Las centrales hidroeléctricas constituyen la fuente de energía renovable más importante del mundo. Con la construcción de nuevas represas hidroeléctricas y plantas de energía mareomotriz, y la mejora de las eficiencias relacionadas con los sistemas, aumenta el impacto de la energía generada por estas estructuras. El modelado de la dinámica de los fluidos también se está optimizando y las tolerancias de fabricación se están reduciendo, lo que acerca a la eficiencia de las turbinas a casi el 100 %. Los desarrollos en materia de fabricación de cajas de engranajes, la ciencia de los materiales lubricantes y las tolerancias de la fabricación siguen aportando mayor eficiencia, al igual que lo harán el logro de imanes más potentes, conductores más eficientes y mejores sistemas de control. Mientras tengamos caudales de agua y cotas disponibles, la energía hidroeléctrica continuará siendo una opción de interés para el suministro de energía sostenible.
