Diseño de micro-centrales hidroeléctricas y sus aplicaciones en generación distribuida

Un nuevo artículo sobre la generación hidroeléctrica a pequeña escala en el que buscamos ganar conocimiento sobre esta tecnología y las oportunidades que ofrece en regiones donde es difícil el acceso a las redes de distribución convencionales. El criterio que elegimos son plantas con capacidad de al menos 20 kW, un caudal superior a 0,3 m/s en la estación seca y diferencias de altura de más de 10 m.

Las densas redes de ríos de montaña son lugares propicios para desarrollar pequeñas instalaciones de generación, y nos centraremos en estos escenarios para evaluar algunos aspectos de diseño de este tipo de centrales.

Para determinar si disponemos de caudales adecuados es necesario estudiar la disponibilidad de agua durante la estación seca y cómo afecta la temperatura a la evaporación.

Conceptos generales

La idea básica en micro generación hidroeléctrica es convertir la energía de una caída de agua en electricidad. Una turbina convierte la energía potencial en energía mecánica con la que se impulsa un generador, del cual se obtiene electricidad. Una pequeña central puede producir energía para uso agrícola, industrial o residencial. La capacidad máxima que puede producirse sin integrarse en la red es de 300 kW

Rentabilidad

Hay muchas plantas micro en diferentes países en el sudeste asiático, especialmente en China, donde miles de plantas están en operación. Estudios realizados en Perú, Nepal, Sri Lanka, Zimbabwe y Mozambique muestran que las pequeñas plantas hidro son rentables cuando se usan para actividades de molienda, pero la mayor demanda de las personas en estos países es el uso de plantas para iluminación eléctrica.

Una de las consideraciones a tener en cuenta en este tipo de instalaciones es que muchas veces no están optimizadas para el sitio y ello supone que su rendimiento es menor que el previsto por el fabricante. También es importante que el personal que utilizará la planta disponga de unos conocimientos esenciales sobre mantenimiento. También surgen problemas si no se contempla convenientemente el riesgo de inundaciones que puedan dañar la planta.

Costes

Los costes de instalación de una planta para producir energía eléctrica, como la que se requiere en un proceso de molienda, es de unos 965 $ por kW, aunque a veces los costes pueden ser tan bajos como 200 $ por kw. Los costes aumentan si se requieren líneas de transmisión. La mayoría de los sistemas cuestan entre 1000 y 4000 $ por kw, aunque en algunos casos los costes pueden llegar a 10.000 $. Las diferencias de costes dependen de las características del sitio, costes laborales y el tamaño de la planta. El coste de estas instalaciones ha caído significativamente gracias a las mejoras tecnológicas que suponen los controladores de carga, las turbinas de bajo coste y el uso de materiales plásticos. Estas centrales son mejor alternativa que la fotovoltaica para lugares remotos, aunque si las potencias requeridas son pequeñas es mejor la fotovoltaica.

Caudal

La variación estacional en el caudal de agua es uno de los principales problemas de este tipo de plantas. Las plantas están diseñadas para trabajar bien con un caudal de agua promedio el 80 – 90 % del año. Si la estación seca coincide con el periodo de irrigación de los campos, la capacidad de la planta se verá afectada.

Demasiada agua es otro problema en la estación húmeda. Las inundaciones son comunes y han dañado el equipo en muchos sitios.

Protección de la sobredemanda

Cuando la demanda de energía es mayor de la que la planta puede generar, el devanado del generador puede dañarse y finalmente se quema. Esto ocurre en muchos sitios donde la carga es demasiado alta. En estos casos es preferible parar la generación de electricidad.

Bibliografía: The importance of Micro Hydropower for Rural for Electrification in Lao PDR. Lund University