NUEVAS IDEAS PARA EL APROVECHAMIENTO HIDROELÉCTRICO DE PRESAS EXISTENTES Y MEJORAS EN SU SEGURIDAD

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1 NUEVAS IDEAS PARA EL APROVECHAMIENTO HIDROELÉCTRICO DE PRESAS EXISTENTES Y MEJORAS EN SU SEGURIDAD

2 1 - INTRODUCCION El origen de los embalses en la mayoría de los países atendía a las necesidades propias de abastecimiento de agua a las poblaciones próximas a los mismos, al mantenimiento de zonas de regadío o a ambas combinadas. Tanto en México como en toda América Latina se explotan un gran número de embalses con estos fines, en la mayoría de los casos construidos sin considerar en el diseño de la presa la posibilidad de emplear las tomas para la conducción de agua a la central hidroeléctrica. Foto: Presa El Atazar (Comunidad de Madrid). Octubre

3 2 - IMPORTANCIA DE LA SEGURIDAD EN LAS PRESAS Sea cual sea el objetivo con el que se construye la presa y el uso que se vaya a hacer de la misma, la seguridad es un tema fundamental en su diseño. Las últimas tendencias en este ámbito se basan en limitar el riesgo a un valor mínimo tratando de evaluar el riesgo potencial de la presa. Esto se lleva a cabo en función de sus dimensiones, la presencia de poblaciones aguas abajo de la misma y a que distancia se encuentran, y a partir de ahí se prevén los mecanismos de control de la situación de la presa para minimizar dicho riesgo. Octubre

4 Estos mecanismos de control consisten en pluviómetros, instrumentos de medida de nivel y demás elementos de auscultación distribuidos por toda la estructura de la presa y en los terrenos de las laderas colindantes, que permiten controlar en tiempo real ciertos parámetros de la presa que son indicativos del estado de la seguridad de la misma También se ha optado en muchos casos por instalar cámaras de vigilancia que permiten al personal encargado del mantenimiento visualizar la presa y sus inmediaciones en cualquier momento para una toma de decisiones adecuada. Octubre

5 Pero no toda la seguridad de la presa se deja en manos de la auscultación, ésta únicamente nos permite conocer y controlar los parámetros característicos de la presa y actuar de forma correcta e inmediata en el caso de que alguno muestre valores inusuales o fuera de los rangos de tolerancias. Los elementos de seguridad de la presa son aquellos que permiten evacuar el agua en exceso que puede llegar hasta ella en determinados momentos de su vida útil. Son los aliviaderos de superficie, bien operados por compuertas o de labio fijo, y los desagües de fondo. Foto: Embalse de Peñarrubia (Galicia). Octubre

6 El desarrollo tecnológico ha tenido, como no podría ser de otra forma, influencia en todo lo relativo a las presas. La sensibilización cada vez mayor en la seguridad y los estudios cada vez más profundos en este tema, han encontrado una gran ayuda en el desarrollo de la informática y las telecomunicaciones. Gracias a este desarrollo, hoy en día se cuenta con sistemas de información que son capaces de registrar parámetros de funcionamiento de la central así como información acerca de los instrumentos de control instalados en la presa y de esta forma centralizar los datos para permitir optimizar la gestión del embalse, garantizar el control de su seguridad y disponer de una ágil respuesta en caso de que sean requeridas actuaciones extraordinarias. Octubre

7 3 - ANTECEDENTES DE LA CONSTRUCCIÓN DE CENTRALES DE PIE DE PRESA EN ESPAÑA Decía Estrabón hace años que Iberia era un país desigualmente regado. Y, efectivamente, así sigue siendo, pues, como es bien sabido, en España (o mejor dicho, en casi toda España) llueve poco y, además, llueve mal. Por ello la construcción de embalses y presas se extendió rápidamente por todo el territorio español, pero al igual que en los países anteriormente comentados, con fines de abastecimiento y regadío mayoritariamente. Con la aparición de la Ley de Conservación de la Energía en 1982, se pretendía favorecer la inserción en el mercado de la generación de empresas privadas y particulares. En ese momento, uno de los puntos más atractivos para empresas e inversores fueron los proyectos de construcción de centrales de la modalidad pie de presa. Octubre

8 Parte del atractivo de este tipo de proyectos radicaba en que casi la totalidad de la infraestructura necesaria para la generación ya estaba construida y solo hacía falta diseñar los elementos de toma y el edificio de la central donde irían alojados los equipos de generación y de traspaso a la red. Esta figura obligó a las ingenierías a desarrollar conceptos de diseño nuevos y a adaptarse a las grandes obras de infraestructura ya existentes y con las que tenía que convivir y colaborar la nueva central de pie de presa. También se generó un nuevo reto para los fabricantes de equipos con la necesidad de adaptar sus equipos a una nueva modalidad de explotación de una central hidroeléctrica con variaciones de salto importantes. Octubre

9 4 - VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA CONSTRUCCIÓN DE LOS DIFERENTES ELEMENTOS DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA A POSTERIORI. OBRA DE CAPTACIÓN: EL RETO DE LAS INGENIERÍAS Se han tomado varias soluciones para este cometido. Por un lado está la construcción de una torre de captación, independiente del cuerpo de la presa, esa junto con el hecho de que no se tocan los órganos de desagüe de la presa son las principales ventajas de este tipo de construcción. El principal inconveniente es la necesidad de vaciar el embalse para proceder a su construcción, lo que conlleva habilitar depósitos u otros sistemas alternativos de almacenamiento de agua para dar servicio a los usuarios que la necesiten. Foto: Torre de toma en el embalse de La Pinilla (Comunidad de Madrid). Foto: Torre de toma en el embalse El Portillo (Comunidad de Madrid). Octubre

10 La otra opción a tener en cuenta es el empleo de los elementos de desagüe de fondo. En este caso el principal inconveniente está en las elevadas velocidades del flujo para las que están diseñados los mismos, ya que para su cometido inicial que es el vaciado de la presa, no importan las pérdidas de carga que se puedan producir en dicho proceso pero para la generación de energía es primordial la minimización de dichas pérdidas. En aquellas presas cuya función es mantener un nivel suficiente para derivar las aguas a un canal de regadío, se han realizado tomas en paralelo al canal mediante un aliviadero llamado de pico de pato, el cual, por la gran longitud de desarrollo, permite captar el caudal sobrante en el canal con una lámina de agua mínima sobre la cresta del aliviadero. Esta solución se ha realizado, por ejemplo, en el canal que abastece al embalse de La Sotonera, en la provincia de Huesca (Aragón, España). Foto: Aliviadero en pico de pato en el embalse La Sotonera (Aragón). Octubre

11 EDIFICIO DE LA CENTRAL Siempre se proyectará de forma que su ubicación quede fuera de la zona de influencia de la presa para no afectar a la cimentación de la misma. Se protegen con muros de encauzamiento que eviten la inundación de la casa de máquinas en caso de una avenida extrema. Generalmente se toma como referencia la cota de inundación de una avenida con periodo de retorno de 500 años. Foto: Edificio de la central hidroeléctrica Navallar (Comunidad de Madrid). Octubre

12 EQUIPOS PRINCIPALES TURBINA Y GENERADOR: EL RETO DE LOS FABRICANTES En los casos de centrales de pie de presa en los que la central se construye a posteriori hay que cambiar el concepto que se tiene habitualmente para el caudal de diseño. En estos casos, el sistema hidráulico e hidrológico al que está acostumbrada la cuenca y sus inmediaciones no puede cambiar por lo que el caudal a turbinar será el caudal desembalsado, el cual a su vez está definido por la concesión de agua existente fijada para abastecimiento, regadío o la combinación de ambas. Este hecho hace que se pueda dar el caso, y se da bastante a menudo, de que haya que turbinar el caudal máximo con el salto mínimo, lo cual conlleva al diseño de máquinas de gran diámetro y velocidades muy lentas. Octubre

13 La variedad de los caudales desembalsados a lo largo del año exige máquinas que permitan la turbinación de caudales parciales con un buen rendimiento. Para ello son adecuadas máquinas con simple o doble regulación, según las condiciones de caudal y salto que se den. La optimización económica de la instalación exige a veces el acoplamiento de los generadores mediante multiplicadores, y grupos compactos que permitan su instalación en un espacio mínimo. En pequeños salto adquiere especial importancia la minimización de las pérdidas de carga, lo cual se consigue con un diseño hidráulico lo más directo posible, evitando los codos. Octubre

14 LAS CENTRALES DE PIE DE PRESA Y LA SEGURIDAD DE LAS INFRAESTRUCTURAS ASOCIADAS A ELLAS. Tal y como se ha explicado anteriormente, la presencia de la central hidroeléctrica no supone una merma del recurso hídrico, pero si supone un aumento en la seguridad de la presa. Muchas veces, a la hora de diseñar los elementos de seguridad de una presa y los protocolos de funcionamiento de los mismos surge el conflicto de si es mejor garantizar una operación a distancia, aún a riesgo de que pudiera darse una mala gestión, o bien exigir la operación in situ con presencia física de personal de mantenimiento. El problema de la última opción es que no siempre se puede garantizar el acceso a la presa, sobre todo en el caso de presas alejadas o en situaciones meteorológicas extremas. Octubre

15 Además de este dilema, el problema que supondría que la presa, y por lo tanto los sistemas de emergencia de la misma, se quedaran sin alimentación eléctrica para su puesta en marcha, hacen que frecuentemente se recomiende la colocación de aliviaderos de labio fijo que permiten la evacuación de avenidas sin necesidad de la intervención humana ni mecánica. El problema de la falta de alimentación se ve reducido con la construcción de la central de pie de presa. En caso de avería en las líneas que la alimentan, la energía generada por la central podría satisfacer los servicios de emergencia, así como el resto de instrumentación de la central. Todo ello se consigue con la instalación de equipos que garanticen el funcionamiento en isla de la turbina. Foto: Azud en el embalse de Gualtaminos (Extremadura). Octubre

16 EJEMPLOS REALES: Un ejemplo de este tipo de proyecto es la central hidroeléctrica de Pedrezuela perteneciente al Canal de Isabel II en la Comunidad de Madrid, cuyo embalse data del año Ubicada en el río Guadalix, la presa se realizó con el fin de almacenar y regular los enormes caudales que transportaba dicho río. Se trata de una presa de tipo arco de gravedad con una capacidad de embalse de 41 Hm3. La construcción de la central asociada a la presa se llevó a cabo en el año Foto: Presa de Pedrezuela (Comunidad de Madrid). Octubre

17 Otro ejemplo es la central hidroeléctrica de Undurraga, situada aguas abajo de la presa de Undurraga en el río Arratia. Se trata de una presa de materiales sueltos con pantalla de hormigón con una capacidad de embalse de 2 Hm3. La construcción de la estructura de contención data del año El objetivo de la construcción de la presa era el de almacenar agua para abastecer al municipio de Bilbao. En el año 1987 se decidió incorporar al sistema la central hidroeléctrica en el pie de la presa. Foto: Embalse de Undurraga (País Vasco). Octubre

18 Otro ejemplo más, la central hidroeléctrica El portillo en la provincia de Granada. Situada el pie del embalse El Portillo en el término municipal de El Castril. Se trata de un dique de materiales sueltos con núcleo de arcilla de 327 m de longitud en la coronación, con una capacidad de almacenamiento de 33 Hm3. Su construcción data de 1999 y su finalidad es la regulación para alimentación de una zona regable situada aguas abajo del mismo. La construcción de la central se acometió en Foto: Presa de El Portillo (Andalucia). Octubre

19 GRACIAS POR SU ATENCIÓN Ponente: Ing. Juan José Sanz Bozal Director Hidroproyectos Octubre