Este documento presenta información sobre turbinas hidráulicas y generación de energía hidroeléctrica. Explica los diferentes tipos de centrales hidráulicas y su clasificación, así como los aspectos fundamentales de la generación de energía hidroeléctrica como los recursos hídricos, tipología del aprovechamiento y gestión de embalses. También describe brevemente el consumo de energía eléctrica en España y el funcionamiento del mercado eléctrico español.

1. 1
1/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
Jesús Manuel Fernández Oro
Jesús Manuel Fernández Oro
e-mail: jesusfo@uniovi.es
Tfno: +34 985 182102
Fax: +34 985 182098
Universidad de Oviedo
Area de Mecánica de Fluidos
Campus de Viesques
33271 Gijón. Asturias. España
Gijón, febrero 2004.
Gijón, febrero 2004.
Asig
Asig. Máquinas Hidráulicas.
. Máquinas Hidráulicas.
2º
2º Cuatr
Cuatr. Turbomáquinas.
. Turbomáquinas.
TURBINAS
TURBINAS
HIDRÁULICAS (I)
HIDRÁULICAS (I)

2. 2
2/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
•
• INTRODUCCI
INTRODUCCIÓ
ÓN.
N.
ƒ
ƒ La energ
La energí
ía hidr
a hidrá
áulica dentro del sistema el
ulica dentro del sistema elé
éctrico espa
ctrico españ
ñol.
ol.
ƒ
ƒ Generaci
Generació
ón de energ
n de energí
ía hidroel
a hidroelé
éctrica.
ctrica.
•
• CENTRALES HIDR
CENTRALES HIDRÁ
ÁULICAS.
ULICAS.
ƒ
ƒ Tipolog
Tipologí
ía b
a bá
ásica y clasificaci
sica y clasificació
ón.
n.
ƒ
ƒ Elementos constructivos.
Elementos constructivos.
•
• TIPOLOG
TIPOLOGÍ
ÍA DE TURBINAS.
A DE TURBINAS.
ƒ
ƒ Turbinas de acci
Turbinas de acció
ón y reacci
n y reacció
ón. Francis,
n. Francis, Kaplan
Kaplan y
y Pelton
Pelton.
.
ƒ
ƒ Elecci
Elecció
ón de turbinas en funci
n de turbinas en funció
ón del aprovechamiento hidr
n del aprovechamiento hidrá
áulico.
ulico.
•
• ENERG
ENERGÍ
ÍA HIDR
A HIDRÁ
ÁULICA EN ASTURIAS.
ULICA EN ASTURIAS.
ƒ
ƒ Centrales hidr
Centrales hidrá
áulicas de HC en Asturias.
ulicas de HC en Asturias.
ƒ
ƒ Caracter
Caracterí
ísticas t
sticas té
écnicas. Descripci
cnicas. Descripció
ón.
n.
•
• DIMENSIONAMIENTO Y C
DIMENSIONAMIENTO Y CÁ
ÁLCULO DE
LCULO DE
TURBINAS Y
TURBINAS Y CC.HH
CC.HH.
.
ƒ
ƒ An
Aná
álisis de las centrales de HC en Asturias.
lisis de las centrales de HC en Asturias.
ƒ
ƒ Dimensionamiento
Dimensionamiento y modo de operaci
y modo de operació
ón.
n.
Indice
Indice

3. 3
3/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
CONSUMO DIARIO DE ENERG
CONSUMO DIARIO DE ENERGÍ
ÍA EL
A ELÉ
ÉCTRICA EN ESPA
CTRICA EN ESPAÑ
ÑA
A
Introducción
Introducción
DEMANDA REAL (curva amarilla):
DEMANDA REAL (curva amarilla): valor instant
valor instantá
áneo de la demanda de energ
neo de la demanda de energí
ía el
a elé
éctrica.
ctrica.
PREVISTA ACTUAL (curva verde):
PREVISTA ACTUAL (curva verde): previsi
previsió
ón de demanda.
n de demanda.
PROGRAMADA P24 (l
PROGRAMADA P24 (lí
ínea escalonada roja):
nea escalonada roja): programaci
programació
ón horaria operativa.
n horaria operativa.
Esta curva de
Esta curva de
demanda diaria
demanda diaria
informa sobre el
informa sobre el
consumo de energ
consumo de energí
ía
a
el
elé
éctrica en el sistema
ctrica en el sistema
el
elé
éctrico peninsular.
ctrico peninsular.
Se presenta un
Se presenta un
intervalo de 30 horas.
intervalo de 30 horas.
Demanda de
energía eléctrica.
Datos históricos

4. 4
4/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
CONSUMO DIARIO DE ENERG
CONSUMO DIARIO DE ENERGÍ
ÍA EL
A ELÉ
ÉCTRICA EN ESPA
CTRICA EN ESPAÑ
ÑA
A
Introducción
Introducción
LA ENERG
LA ENERGÍ
ÍA EL
A ELÉ
ÉCTRICA NO PUEDE ALMACENARSE. DEBE CONSUMIRSE
CTRICA NO PUEDE ALMACENARSE. DEBE CONSUMIRSE
DE FORMA INSTANT
DE FORMA INSTANTÁ
ÁNEA. POR LO TANTO, LO QUE SE PRODUCE DEBE
NEA. POR LO TANTO, LO QUE SE PRODUCE DEBE
SER IGUAL A LO QUE SE CONSUME
SER IGUAL A LO QUE SE CONSUME
Se realiza la previsi
Se realiza la previsió
ón de
n de
demanda con antelaci
demanda con antelació
ón;
n;
se programa la
se programa la
generaci
generació
ón de energ
n de energí
ía
a
(nuclear, t
(nuclear, té
érmica y
rmica y
renovables) y se
renovables) y se
comprueba en tiempo
comprueba en tiempo
real la paridad oferta
real la paridad oferta-
-
demanda de energ
demanda de energí
ía.
a.
Demanda de
energía eléctrica
en TIEMPO REAL

5. 5
5/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
EL MERCADO EL
EL MERCADO ELÉ
ÉCTRICO ESPA
CTRICO ESPAÑ
ÑOL
OL
Introducción
Introducción
El CECOEL lleva a cabo la
El CECOEL lleva a cabo la
operaci
operació
ón del sistema
n del sistema
el
elé
éctrico en tiempo real.
ctrico en tiempo real.
Imparte a las instalaciones
Imparte a las instalaciones
de producci
de producció
ón y
n y
transporte del sistema
transporte del sistema
el
elé
éctrico peninsular las
ctrico peninsular las
instrucciones de
instrucciones de
operaci
operació
ón precisas
n precisas, en
, en
cada momento, para
cada momento, para
garantizar el suministro a los
garantizar el suministro a los
usuarios con la calidad
usuarios con la calidad
requerida.
requerida.
Centro de Control
Eléctrico (CECOEL)
Endesa, Iberdrola,
Unión Fenosa, HC…
Centros de Producci
Centros de Producció
ón:
n:
Centrales Nucleares, T
Centrales Nucleares, Té
érmicas, Hidr
rmicas, Hidrá
áulicas, E
ulicas, Eó
ólicas, etc.
licas, etc.

6. 6
6/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
CENTROS DE PRODUCCI
CENTROS DE PRODUCCIÓ
ÓN
N
Introducción
Introducción
Centrales Nucleares:
Centrales Nucleares:
•
• Compleja regulaci
Compleja regulació
ón. Funcionamiento continuo a plena carga
n. Funcionamiento continuo a plena carga
(24h).
(24h).
Centrales T
Centrales Té
érmicas:
rmicas:
•
• Regulaci
Regulació
ón parcial hasta M
n parcial hasta Mí
ínimo T
nimo Té
écnico. Funcionamiento
cnico. Funcionamiento
continuo cerca de plena carga (24h).
continuo cerca de plena carga (24h).
CENTRALES HIDR
CENTRALES HIDRÁ
ÁULICAS:
ULICAS:
•
• F
Fá
ácil regulaci
cil regulació
ón. Arranques y paradas
n. Arranques y paradas telemandadas
telemandadas.
.
Funcionamiento discontinuo para cubrir PICOS DE DEMANDA.
Funcionamiento discontinuo para cubrir PICOS DE DEMANDA.
PRODUCCIÓN ENERGÍA ELÉCTRICA (2001)
Nuclear;
26.93%
Térmica;
38.84%
Hidráulica;
18.52%
Cogeneración
; 11.81%
Eólica; 3.00%
Biomasa;
0.30%
Residuos;
0.60%
POTENCIA INSTALADA EN ESPAÑA (2001)
Biomasa;
0.50%
Residuos;
0.60%
Cogeneración
; 9.29%
Eólica; 5.79%
Hidráulica;
31.07%
Nuclear;
13.49%
Térmica;
39.26%
FACTOR DE UTILIZACIÓN
(2001)
27.8 24.3
33.7
52.6
58.9
46.15
93
0
20
40
60
80
100
FU
(%)
Total: 237259
Total: 237259 GWh
GWh Total: 58025 MW
Total: 58025 MW
Consumo:
Consumo:
208580
208580 GWh
GWh

7. 7
7/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
DISTRIBUCI
DISTRIBUCIÓ
ÓN. RED EL
N. RED ELÉ
ÉCTRICA ESPA
CTRICA ESPAÑ
ÑOLA (REE)
OLA (REE)
Introducción
Introducción
•
• 27.000
27.000 Kms
Kms de l
de lí
íneas de Alta Tensi
neas de Alta Tensió
ón (AT)
n (AT)
•
• L
Lí
íneas de Alta Tensi
neas de Alta Tensió
ón de 400
n de 400 kV
kV y 220
y 220 kV
kV
•
• L
Lí
íneas de Media Tensi
neas de Media Tensió
ón de 150, 132, 110,
n de 150, 132, 110,
66 y 20
66 y 20 kV
kV
•
• L
Lí
íneas de Baja Tensi
neas de Baja Tensió
ón de 380 y 220 v
n de 380 y 220 v
L
LÍ
ÍNEAS DE DISTRIBUCI
NEAS DE DISTRIBUCIÓ
ÓN
N

8. 8
8/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
GENERACI
GENERACIÓ
ÓN DE ENERG
N DE ENERGÍ
ÍA HIDRO
A HIDROÉ
ÉLECTRICA
LECTRICA
Introducción
Introducción
ASPECTOS FUNDAMENTALES
ASPECTOS FUNDAMENTALES
•
• RECURSOS HIDR
RECURSOS HIDRÁ
ÁULICOS
ULICOS
ƒ
ƒ Evaluaci
Evaluació
ón del potencial hidr
n del potencial hidrá
áulico.
ulico.
ƒ
ƒ Estudios hidrol
Estudios hidroló
ógicos. (Energ
gicos. (Energí
ía disponible y distribuci
a disponible y distribució
ón de la misma
n de la misma –
–
Hidrogramas).
Hidrogramas).
•
• TIPOLOG
TIPOLOGÍ
ÍA DEL APROVECHAMIENTO
A DEL APROVECHAMIENTO
ƒ
ƒ Tipo de aprovechamiento (fluyente, con acumulaci
Tipo de aprovechamiento (fluyente, con acumulació
ón o derivaci
n o derivació
ón).
n).
Impacto ambiental.
Impacto ambiental.
ƒ
ƒ Elecci
Elecció
ón de turbinas en funci
n de turbinas en funció
ón del aprovechamiento hidr
n del aprovechamiento hidrá
áulico.
ulico.
ƒ
ƒ Obra civil. Costes y per
Obra civil. Costes y perí
íodos de amortizaci
odos de amortizació
ón de la obra.
n de la obra.
•
• GESTI
GESTIÓ
ÓN DE EMBALSES
N DE EMBALSES
ƒ
ƒ Reg
Regí
ímenes de caudal. Avenidas y crecidas.
menes de caudal. Avenidas y crecidas.
ƒ
ƒ Sistemas de regulaci
Sistemas de regulació
ón de las turbinas.
n de las turbinas.
ƒ
ƒ Arranques y paradas en funci
Arranques y paradas en funció
ón de la demanda el
n de la demanda elé
éctrica.
ctrica.
•
• PRODUCCI
PRODUCCIÓ
ÓN ENERG
N ENERGÍ
ÍA HIDROEL
A HIDROELÉ
ÉCTRICA
CTRICA
ƒ
ƒ Alternador.
Alternador.
ƒ
ƒ Transformadores de elevaci
Transformadores de elevació
ón. Distribuci
n. Distribució
ón a red.
n a red.

9. 9
9/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
TIPOLOG
TIPOLOGÍ
ÍA DEL
A DEL
APROVECHAMIENTO
APROVECHAMIENTO
Centrales Hidráulicas
Centrales Hidráulicas
CLASIFICACI
CLASIFICACIÓ
ÓN GENERAL
N GENERAL
AGUA EMBALSADA
AGUA EMBALSADA
EN DERIVACI
EN DERIVACIÓ
ÓN
N
1.
1. Central de AGUA FLUYENTE
Central de AGUA FLUYENTE
2.
2. Central de DERIVACI
Central de DERIVACIÓ
ÓN
N
3.
3. Central de AGUA EMBALSADA
Central de AGUA EMBALSADA
-
-Acumulaci
Acumulació
ón
n-
-
AGUA FLUYENTE
AGUA FLUYENTE

10. 10
10/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
TIPOLOG
TIPOLOGÍ
ÍA DEL APROVECHAMIENTO
A DEL APROVECHAMIENTO
Centrales Hidráulicas
Centrales Hidráulicas
ELEMENTOS CONSTITUTIVOS
ELEMENTOS CONSTITUTIVOS
AGUA EMBALSADA
AGUA EMBALSADA EN DERIVACI
EN DERIVACIÓ
ÓN
N
1.
1. Embalse
Embalse
2.
2. Presa
Presa
3.
3. Rejillas
Rejillas
4.
4. Tuber
Tuberí
ía forzada
a forzada
5.
5. Grupos
Grupos
6.
6. Turbina
Turbina
7.
7. Eje
Eje
8.
8. Alternador
Alternador
9.
9. L
Lí
íneas AT
neas AT
10.
10. Transformadores
Transformadores
1.
1. Embalse
Embalse
2.
2. Azud
Azud
3.
3. Galer
Galerí
ía
a
4.
4. Chimenea de
Chimenea de
equilibrio
equilibrio
5.
5. Tuber
Tuberí
ía forzada
a forzada
6.
6. Conjunto turbina
Conjunto turbina-
-
alternador
alternador
7.
7. Desfogue. Retorno
Desfogue. Retorno
a r
a rí
ío
o
1
2 3
4
5
6 7

11. 11
11/60
/60
Hidroel
Hidroelé
éctrica del
ctrica del
Cant
Cantá
ábrico SA
brico SA
TURBINAS HIDR
TURBINAS HIDRÁ
ÁULICAS
ULICAS
Tipología de turbinas
Tipología de turbinas
MORFOLOG
MORFOLOGÍ
ÍA Y RANGO DE APLICACI
A Y RANGO DE APLICACIÓ
ÓN
N
Turbina FRANCIS
Turbina FRANCIS
Turbina PELTON
Turbina PELTON Turbina KAPLAN
Turbina KAPLAN
< 50
Lenta: > 200
Normal: 20 < H < 200
Rápida: < 20
> 100
H (m)
H (m)
> 200
KAPLAN
KAPLAN
10 < Q < 200
FRANCIS
FRANCIS
< 10
PELTON
PELTON
Q(m
Q(m3
3/s)
/s)
Tipo de Turbina
Tipo de Turbina