Energía hidroeléctrica ¿Qué es y cómo funciona?

Quizá una de las renovables más visibles, el funcionamiento de la energía hidroeléctrica y su papel en el almacenamiento energético son tan interesantes como desconocidos

Contemporánea a los grandes pensadores griegos como Platón o Aristóteles e instrumento fundamental para el crecimiento del Imperio Romano, la energía hidráulica ha sido por milenios de gran utilidad para la humanidad. Sin embargo, no fue hasta el auge de la revolución industrial y la energía eléctrica los principales cuando la energía hidráulica dio un salto de importancia para situarse como clave, ya convertida en hidroeléctrica, en el desarrollo de las sociedades del siglo XIX y XX. Hoy echaremos un vistazo hacia el pasado, pero también hacia el futuro de este tipo de energía renovable; además de adentrarnos en su funcionamiento. ¿Nos acompañas en este viaje a través de la fuerza del agua para descubrir cómo funciona la energía hidroeléctrica?

Controlar la fuerza de la naturaleza y aprovecharla en su favor ha sido uno de los grandes empeños del ser humano. Así, generación tras generación las personas hemos ido modificando nuestro entorno en nuestro provecho para garantizar nuestra supervivencia en un primer término y mejorar nuestra calidad de vida como segunda meta. Las grandes civilizaciones de la antigüedad cincelaron su mundo para exprimir los recursos naturales en su favor y crecer gracias a ellos. La fuerza del agua, uno de los elementos básicos de nuestro planeta, no es ajena a esto; sino más bien protagonista principal. La noria griega, el molino romano o la saqia egipcia no son más que algunos ejemplos de cómo la energía hidráulica fue fundamental para tareas como bombear agua o moler cereales. Si bien su papel entonces fue importante, este se tornó en crucial con la explosión tecnológica y científica vivida durante la revolución industrial del siglo XIX, momento en el que la electricidad se convierte en la columna vertebral para el desarrollo de las ciudades y, por tanto, de las economías de los países industrializados. Es entonces cuando aparece la energía hidroeléctrica que hoy conocemos.

Aupadas por el desarrollo del generador eléctrico y la sofisticación de las turbinas, las centrales hidroeléctricas comenzaron a multiplicarse en los países más desarrollados. Términos como presa o embalse comenzaron a extenderse en los vocabularios de los ciudadanos, y los planes de construcción de grandes obras civiles hidráulicas con las que alimentar la creciente necesidad de electricidad afloraron en Europa y América a velocidad vertiginosa, cambiando el paisaje de nuestra naturaleza. Para entonces, una parte muy destacada de toda la energía eléctrica provenía del aprovechamiento de la fuerza del agua.

Conviviente con otros tipos de generación renovable como la eólica o la solar, la hidroeléctrica ha llegado hasta nuestros días siendo fundamental. No en vano cerca de la cuarta parte de la electricidad mundial se produce gracias a su funcionamiento, siendo esta cuota tremendamente superior en países como Noruega (99%), República Democrática del Congo (97%), Brasil (96%) o Canadá (60%). Ejemplo de la gran importancia de esta tecnología es que algunas de las grandes obras civiles de nuestros tiempos son centrales hidroeléctricas como la Presa de las Tres Gargantas (China 22 500 MW) o la Presa de Itaipu (Brasil y Paraguay 14 000 MW). Pero, ¿sabemos cómo funciona la energía hidroeléctrica?

¿Cuál es el funcionamiento de la energía hidroeléctrica?

Centrémonos en una central hidroeléctrica más o menos estándar. Toda planta energética de este tipo se compone de varios elementos principales para su funcionamiento. Veámoslos uno a uno:

Energía hidroeléctrica: Partes de una central de generación hidroeléctrica

Presa: Es la construcción civil, principalmente de hormigón, que permite mantener el volumen de agua retenido para su uso a disposición de la operadora de la central. Algunas de las más impresionantes elevan cientos de metros la caída del agua.
Embalse: Se trata del almacén de agua que alberga la instalación y que recoge el agua que discurre a través de los afluentes.
Compuertas o rejas filtradoras: Son los elementos móviles que se abren y se cierran para el paso del agua a través de ellas.
Tuberías de paso: Las arterias principales por las que se conduce el agua en su camino hacia la generación eléctrica.
Turbinas: Son los motores que alimenta el agua a su paso, permitiendo generar energía mecánica.
Generadores eléctricos: Se trata de los elementos encargados de convertir la energía mecánica de las turbinas en energía eléctrica.
Tendido eléctrico: Transporta la recién generada electricidad hasta los diferentes puntos de consumo.
Desagüe: Es la vía de escape para todo el caudal hidráulico utilizado durante el proceso de generación de electricidad.

En resumidas cuentas, las centrales hidroeléctricas se sirven de la fuerza del agua que cae entre dos puntos situados a distinta cota para generar energía eléctrica. Es decir, el funcionamiento de toda la instalación se basa en aprovechar la fuerza de la gravedad y de la masa del agua en beneficio de una serie de elementos mecánicos que absorberán dicho potencial energético para su posterior conversión en energía eléctrica.

En este sentido, el agua retenida en el embalse circula por el interior de los circuitos hidráulicos de la presa salvando el desnivel entre dos puntos. Este salto de agua artificial, que emula los que podemos encontrar en cascadas naturales, permite que el líquido adquiera, gracias al efecto de la gravedad, una velocidad que se transfiere en forma de energía cinética a las turbinas situadas en el punto de desnivel inferior de la infraestructura. Así, el agua circula a través de la turbina, que acelera su rotación generando energía mecánica que es transferida al generador eléctrico para su conversión en energía eléctrica.

Con todo, el agua abandona la instalación siendo desaguada al curso inferior del río sin virulencia con el entorno. Todo este proceso obtiene además un rendimiento sobresaliente en el que cerca del 90% de la energía potencial del agua es aprovechada para la generación eléctrica, generando únicamente pérdidas de rendimiento en las propias cargas del circuito hidráulico y en el proceso de rozamiento del grupo hidroeléctrico (turbinas).

De esta manera somos capaces de obtener una energía eléctrica 100% renovable que se sitúa entre las más positivas, dado su alto nivel de sostenibilidad y reutilización, y que ayudar a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Además, el agua utilizada en el proceso puede utilizarse para su consumo en hogares o regadío. Este tipo de tecnología, con una larga vida útil, es además de especial interés para regular el cauce de los ríos y evitar crecidas; motivo fundamental para la construcción de la Presa de las Tres Gargantas en China, cuyo propósito energético se suma al de evitar una crecida como la ocurrida en el año 1931 y que provocó millones de afectados y muertos.

¿Qué tipos de central hidroeléctrica existen?

Debido a sus funcionalidades y emplazamientos, hoy por hoy podemos distinguir tres tipos principales de centrales hidroeléctricas:

Tipos de central hidroeléctrica

De agua fluyente: Se trata del modelo más dependiente de las condiciones meteorológicas o del propio caudal del río del que se sirve; ya que no poseen una capacidad de almacenamiento de agua, sino que se sirven del agua que circula para generar energía. Esto hace que estas centrales, en su mayoría de menor tamaño y capacidad que el resto, no se puedan adaptar a las necesidades de la demanda eléctrica. A su favor está que no interrumpen el curso del río, minimizando el impacto medioambiental en el entorno.
De regulación: Son el tipo de centrales hidroeléctricas en las que todos pensaríamos si nos preguntasen. Se basan en el almacenamiento de cantidades de agua de diferente índole con las que regular su funcionamiento en base a la demanda eléctrica de cada momento. Se trata de grandes baterías de energía semi-naturales con las que somos capaces de atender, siempre y cuando los recursos hídricos acompañen, las necesidades energéticas de la sociedad.
De bombeo: Se trata de aquellas centrales hidroeléctricas de regulación que se basan en diferentes niveles de embalses en cotas superpuestas a los que se bombea agua para generar un circuito continuo de recursos hídricos con los que generar energía.

¿Cuál es el papel de la hidroeléctrica en el almacenamiento de energía?

Una de las grandes características de la energía hidroeléctrica es su funcionalidad para aportar energía eléctrica en los momentos de mayor demanda gracias a la posibilidad de convertir los embalses en grandes baterías energéticas. Esto, que era absolutamente provechoso hasta hace unas décadas, se ha acrecentado en importancia con la irrupción de otras tecnologías renovables cuyo flujo de producción decae debido a las cambiantes condiciones climatológicas.

Así, el papel de la energía hidroeléctrica se ha reforzado con la llegada de instalaciones de bombeo que aprovechan la energía excedente de instalaciones fotovoltaicas o eólicas para conducir, presa arriba, el agua utilizada durante el proceso de generación hidroeléctrica. Con esto, la energía eólica o fotovoltaica que no es volcada a la red durante su generación pasa a ser utilizada en estas instalaciones hidráulicas para alimentar los embalses superiores de la infraestructura, permitiendo la utilización de este recurso hídrico de manera renovable más adelante sin desaprovechar la energía eólica o fotovoltaica generada. Y es que si bien el viento no siempre sopla a nuestro favor ni la luz del sol irrumpe con la energía necesaria, la energía hidroeléctrica nos serviría como refugio de generación energética verde. Así un embalse pasa a ser una pila gigantesca.

Un ejemplo claro del éxito de este tipo de tecnologías y su gran potencial de crecimiento lo podemos encontrar en la Central Hidroeléctrica española de Gorona del Viento, situada en la isla de El Hierro (Canarias). Esta central, puesta en funcionamiento en el año 2014, alimenta el 70% del total de la demanda de energía eléctrica de esta pequeña isla canaria con un método 100% renovable; consiguiendo incluso días enteros en los que el 100% de la energía es cubierta mediante este método.