La primera clasificación de una minicentral depende
exclusivamente del dimensionado de potencia eléctrica de producción. Sin
embargo, y desde un punto de vista ambiental, resulta necesario conocer otros
parámetros de la instalación. Referencias en este sentido son comunes en la
bibliografía y no siempre coincidentes. En este manual práctico estableceremos
una clasificación propia.
Para realizar un análisis medioambiental de una minicentral
hidroeléctrica habremos de tener en cuenta los siguientes elementos de que
consta:
- Obra civil, donde se incluyen las obras de desviación y/o
retención de los caudales (azudes y/o presas), las tomas, canales y cámara de
carga y/o depósito de regulación, las tuberías forzadas, los edificios y canales
de descarga.
- Turbinas, generadores y elementos de control y protección,
componentes todos ellos cuyas características dependerán del diseño de la
minicentral; y que, a excepción del tipo de turbina, no han de repercutir sobre
el ecosistema fluvial.
- Equipo eléctrico de potencia; transformadores, paneles de
control y línea de salida hasta su conexión con la red: sin repercusiones sobre
el medio fluvial. Pueden provocar otro tipo de afecciones al medio: apertura de
pistas, nuevos tendidos eléctricos, etc.
Respecto al modo de alimentación de agua, las minicentrales
pueden ser clasificadas en tres grandes grupos.
Minicentrales fluyentes
Se basan en recoger, mediante una obra de toma, un cierto
caudal que circula por el cauce pero sin regularlo; caudal que es conducido
hasta la central. Vamos a distinguir cuatro subtipos:
Aquéllas que no disponen de elementos de toma ni de conducción
y que sitúan la turbina directamente en el curso fluvial; son un caso especial
(minicentrales fluyentes sin toma).
Aquéllas otras que no precisan la construcción de un azud para
desviar el agua sino que poseen una toma sumergida y protegida por una rejilla;
sí tienen elemento de conducción; son poco frecuentes (minicentrales fluyentes
sin azud).
Aquéllas que presentan un canal de derivación, más o menos
corto, y que lleva el agua directamente hasta la minicentral (minicentrales
fluyentes con azud).
Y aquéllas que presentan un canal de derivación de cierta
longitud y una tubería forzada hasta la minicentral. Esta tubería precisa de la
existencia de una cámara de carga o un pequeño embalse que le dote de presión.
(minicentrales fluyentes con azud y cámara de carga).
A la hora de diferenciar estos dos últimos subtipos de
minicentrales convendrá especificar la longitud de tramo de río derivado (lo que
se suele denominar segmento de toma) y la altura de salto útil, con el fin de
caracterizar mejor la minicentral y valorar su afección al medio fluvial.
También hay que tener en cuenta que cuando la cámara de carga
es lo suficientemente grande se puede provocar una regulación del caudal a
turbinar; regulación que, aunque limitada, puede ser suficiente para cubrir las
oscilaciones de la demanda eléctrica.
Minicentrales de regulación propia
Tienen la posibilidad de almacenar caudales de agua con el fin
de poderlos utilizar (turbinar) en el momento que se necesite. La capacidad de
regulación se consigue mediante la construcción de una presa de más de 3 m. de
altura (y que puede alcanzar hasta varias decenas de metros de altura) o de un
gran depósito junto a la cámara de carga. Suelen presentar un canal de
derivación y tuberías forzadas.
El objetivo de maximalización de la rentabilidad económica de
las instalaciones conduce a una pauta de explotación denominada de emboladas o
hidropuntas (‘hydro-peaking’) que se utiliza cuando el volumen embalsable
(regulable) y la escasez de caudal del río no permiten la explotación de la
turbina de un modo continuado. Tales puntas o máximos de caudal dirigidos hacia
la turbina se producen durante el día en las jornadas laborables, mientras que
por las noches y durante los fines de semana (menor demanda energética: menor
precio del KWh producido) la turbina se paraliza y las compuertas se cierran con
el fin de acumular agua para la siguiente embolada.
Un tipo especial de instalaciones dentro de este grupo son las
denominadas minicentrales a pie de presa, que aprovechan la energía potencial
que produce la diferencia de cotas de la presa. Por lo general se sitúan en
embalses construidos para otros usos, y pueden turbinar tanto los caudales
excedentes como los desembalsados para riego o para servidumbre ecológica.
Suelen disponer de una tubería forzada que conduce el agua hasta la central.
Minicentrales en canal de riego o de abastecimiento
Estas minicentrales se sitúan en conducciones de agua
construidas para otros usos, como el riego o el abastecimiento a poblaciones. Su
afección ambiental suele ser nula puesto que se aprovechan de infraestructuras
creadas para otros fines.
Elementos de incidencia ambiental de una minicentral
 Las
características básicas de los distintos elementos que conforman una minicentral
y que tienen importancia ambiental son:
Presa y/o azud
Dependiendo de si la minicentral tiene capacidad de regulación
o no: se puede adoptar un criterio de 3 m. de una altura para diferenciar azud y
presa (ésta última de mayor tamaño). Son construcciones que interrumpen el curso
fluvial y cuyo destino es sobreelevar el nivel del agua y, en el caso de
centrales de regulación, almacenarla.
La toma de agua suele conllevar una serie de elementos
adicionales: sistemas de desbaste (rejas con peines de limpieza automatizados),
sistemas para evitar la entrada de peces (generalmente rejillas; en los casos
más sofisticados se instalan barreras eléctricas), una pequeña balsa de
decantación de arenas y limos y una compuerta con aliviadero para regular la
entrada de agua.
Pueden existir otros elementos tales como desagües y escalas
para peces.
La altura de presa superior a los 0,5 m. es una dimensión a
partir de la cual el impacto sobre los movimientos migratorios de la fauna se
considera importante, pudiendo llegar a ser crítica para algunas especies
incluso con alturas menores. Las escalas para peces, aunque aún no frecuentes en
nuestros ríos, vienen a paliar esta problemática. Con el fin de garantizar la
circulación de la fauna piscícola durante la detracción de caudales requieren un
diseño de localización y dimensionado muy preciso, así como un mantenimiento
periódico.
Instalaciones de derivación
Presentes en un porcentaje alto de las minicentrales. Tienen
gran importancia medioambiental y su principal impacto sobre el ecosistema
fluvial es la detracción de caudales en un largo tramo del río. Existen tres
componentes básicos:
a. Canal de derivación, de longitud muy variable. Pueden ser
exteriores (abiertos o cerrados) o en túnel; los exteriores siguen la morfología
del terreno que atraviesan y también se denominan canales de contorno. Su
pendiente es la menor posible, normalmente alrededor de un 0,05%, con el fin de
mantener la energía potencial del agua. La conducción también puede ser mediante
tubería a presión.
b. Cámara de carga, de capacidad variable. A veces (sobre todo
en largos trayectos exteriores del canal) el sistema de rejas y desbaste se
sitúa a la entrada de la cámara. Sus dimensiones han de ser suficientes para
poner en carga la tubería hasta la minicentral (dotar de presión a la tubería);
y al mismo tiempo, evitar remolinos y entradas de aire a la conducción. Del
mismo modo, existen algunas minicentrales, bastante antiguas en general, con
cámaras de recarga lo suficientemente grandes como para funcionar como depósitos
de regulación, que permiten a la central operar en "emboladas".
c. Tubería forzada, que une la cámara de carga con las
turbinas. En su comienzo puede presentar una chimenea para equilibrio de la
presión interna. Su trazado responde a la máxima pendiente obtenible y ha de
estar preparada para soportar la presión de la columna de agua y la sobrepresión
producida por el golpe de ariete en el caso de parada brusca de la turbina.
Generalmente son construidas en acero u hormigón reforzado.
Edificio
Destinado a proteger el equipo productor de energía (turbinas y
generadores) así como los elementos de control.
Canal de descarga o socaz
Cuyo fin es restituir el agua turbinada al río sin que produzca
una erosión excesiva en el cauce. Puede estar presente o no.
Tecnología de las instalaciones
La potencia instantánea que se obtiene en una minicentral es
directamente proporcional a la altura del salto de agua y al caudal turbinado.
Estas magnitudes son fundamentales a la hora de plantear la instalación de una
planta de producción hidroeléctrica.
La altura del salto es la distancia vertical de desplazamiento del agua en el
aprovechamiento hidroeléctrico. Se han de tener en cuenta 3 definiciones:
- salto bruto, o distancia comprendida entre el nivel máximo
aguas arriba del salto y el nivel normal del río donde se descarga el caudal
turbinado;
- salto útil, o desnivel comprendido entre la superficie libre
del agua en el punto de carga y el nivel de desagüe de la turbina;
- y salto neto, o altura del salto que impulsa la turbina y que
es igual al salto útil menos las pérdidas de carga producidas a lo largo de la
conducción forzada, si existiese.
Atendiendo a estas diferentes alturas, el rendimiento
hidráulico vendrá dado por el cociente de la diferencia entre el salto útil
menos el salto neto, y multiplicado por el salto útil. Este rendimiento no es
siempre constante ya que el salto neto varía según el caudal turbinado, debido a
las pérdidas en la conducción.
En las minicentrales de tipo fluyente el rendimiento hidráulico
permanece prácticamente constante, pero el caudal que se turbina es muy variable
y dependerá de la aportación del río en cada momento, lo que hace que la
potencia disponible (potencia instantánea) esté relacionada directamente con el
caudal instantáneo del río. En las de regulación, el caudal turbinado es
prácticamente constante.
El caudal máximo que puede turbinar una minicentral se denomina
caudal de equipamiento o caudal nominal. Caudales superiores no son utilizables
y son vertidos al río. Al mismo tiempo existe un caudal mínimo a partir del cual
la minicentral deja de ser rentable operativamente. Este caudal mínimo es
proporcional al caudal de equipamiento, y su relación es un coeficiente que
depende del tipo de turbina instalada. El caudal de equipamiento se elige de
forma que el volumen de agua turbinada a lo largo del período de explotación
previsto sea máximo.
De este modo, la potencia nominal o de diseño de una
minicentral vendrá dada por la siguiente expresión:
Pn = 9,8 Qn Hn Rtur Ralt
donde "Pn" es la potencia nominal medida en KVA
(kilo-voltio-amperios, unidad de medida de potencia instantánea); "9,8" es la
aceleración de la gravedad, en m/s2; "Qn" es el caudal de equipamiento o caudal
nominal, en m3/s; "Hn" es la altura de salto neto, en metros; "Rtur" es el
rendimiento de la turbina; y "Ralt" es el rendimiento del alternador (ambos
adimensionales).
Para calcular la potencia instantánea en un momento determinado
se sustituirá el caudal de equipamiento por el caudal instantáneo, y se
multiplicará la expresión por el rendimiento del transformador eléctrico de
salida.
Caudales de servidumbre
El potencial hidroeléctrico bruto de una cuenca hidrográfica es
el resultado de la escorrentía natural del agua expresada en términos de energía
potencial a través de los desniveles topográficos. El potencial técnicamente
explotable se deduce del anterior considerando las pérdidas inevitables de
escorrentía, los estudios de viabilidad técnica y los rendimientos propios de
los equipamientos hidráulicos, mecánicos y eléctricos.
De este modo, la mayoría de los ingenios hidroeléctricos
existentes hoy día no contemplan en sus planes de explotación el mantenimiento
de unos caudales de servidumbre derivados de la afección de su actividad sobre
el medio fluvial. Debido a la búsqueda de maximizar la producción eléctrica, los
caudales circulantes por el tramo de cauce derivado suelen ser bajos o, incluso,
nulos, si exceptuamos los vertidos por aliviadero en avenidas; lo que reduce la
circulación de caudales por el cauce a los períodos de avenidas, lluvias
generalizadas y las paradas de la minicentral.
Por otra parte, en algunos casos el método de operación de la
minicentral es el de "emboladas", caracterizado por períodos de turbinado con
caudales próximos al de equipamiento y períodos de parada hasta recuperar el
nivel de agua en el azud y/o en la cámara de carga. En otros casos no es el
productor quien ajusta su frecuencia de explotación a la demanda de electricidad
sino que es la propia red la que "desconecta" la producción en momentos de
exceso de oferta de potencia.
La demodulación que esto comporta en los caudales aguas abajo
de la minicentral conlleva perturbaciones graves no sólo a la fauna y vegetación
fluviales, sino también a las posibilidades de aprovechamiento para otros usos,
como abastecimiento, recreativo, etc.
Con todo ello, es necesario determinar en el momento del diseño
de la minicentral, cuál va a ser el caudal mínimo necesario dejar circular desde
la toma de agua hasta su devolución tras ser turbinada. El criterio que se ha de
considerar a la hora de establecer un caudal mínimo es el de la «conservación
del funcionamiento o dinámica del ecosistema fluvial a lo largo de la
distribución longitudinal del río» (Docampo & G. de Bikuña, 1993; Correa Lloreda,
1996); es decir, que el caudal que se deje en los distintos tramos permita que
el río siga comportándose como tal en las distintas estaciones del año (COB,
1995).
Al mismo tiempo, no sólo se han de determinar numéricamente los
caudales necesarios para la persistencia natural del ecosistema fluvial, sino
que también se ha de establecer un modelo de gestión hidrobiológica del tramo de
río afectado por la actividad de la minicentral hidroeléctrica: subtramo de
extracción de caudal + subtramo de afección de los caudales ya turbinados.
Fuente: Sica / ITDG |
