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 suficiente energía para alimentar más de 18 millones de hogares (sobre la base del consumo energético promedio en los EE. UU.). Las centrales hidroeléctricas generan casi el 6,7 % de la electricidad en el mundo.
¿De qué forma generan electricidad las represas hidroeléctricas?
¿Cómo funcionan estas enormes obras de ingeniería hidroeléctrica? Analicemos los componentes básicos de una represa hidroeléctrica y el proceso de generación de energía sustentable y productiva.
Paso 1: Aprovechamiento del potencial energético
Un río caudaloso libera energía potencial en forma de energía cinética y sonido: la gravedad provoca que el agua siga un curso específico. Las represas detienen la liberación de la energía cinética y almacenan la energía potencial de un río de manera eficiente en un embalse similar a un 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 esta se desplaza por la tubería forzada de la represa, permite girar la turbina ubicada en la planta hidroeléctrica.
Paso 2: Giro de la turbina hidroeléctrica
Los ventiladores mecánicos pueden variar en forma y tamaño. Por lo general, cuanto más grande es el ventilador, más difícil es moverlo. Los ventiladores de grandes dimensiones precisan tensiones mayores 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 que esta emerja a velocidad lenta en 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 los que operan en las 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 la energía hidroeléctrica
La electricidad generada se transforma rápidamente en tensiones para su aplicación en redes, que la empresa de suministro de energía local luego transmite a través de líneas de distribución eléctrica. Los transformadores elevadores que se emplean en las represas hidroeléctricas generan tensiones que puede emplearse en los servicios públicos a partir de los tensiones de salida relativamente bajos de los generadores. Las tensiones más elevadas 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. La represa del Cañón de Glen, por ejemplo, ubicada en la ciudad de Page del estado de Arizona, alimenta hogares que se encuentran a una distancia de casi 900 millas (1500 km) en la parte norte de Nebraska y probablemente utiliza una transmisión de 500 kV en partes del tendido eléctrico.
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, con lo que la eficiencia de las turbinas se aproxima al 100 %. Los desarrollos en materia de fabricación de cajas de engranajes, la ciencia de los materiales lubricantes y las tolerancias de la fabricación siguen mejorando la eficiencia, y lo mismo sucede con los imanes más fuertes, los conductores más eficientes y los sistemas de control más inteligentes. Mientras tengamos caudales de agua y cotas disponibles, la energía hidroeléctrica seguirá siendo una opción valiosa para el suministro de energía sustentable.
