Al inundar la turbina con energía potencial o cinética, esta comienza a girar. Si conectamos un generador a la turbina, este puede generar electricidad. Si aumentamos el nivel del agua para inundar la turbina, su velocidad aumentará. Por lo tanto, cuanto mayor sea la diferencia de nivel del agua, mayor será la energía cinética que recibe la turbina y mayor la energía eléctrica que puede transformar. Este es el principio básico de la energía hidroeléctrica.
El proceso de conversión de energía consiste en lo siguiente: la energía potencial gravitatoria del agua que fluye aguas arriba se transforma en energía cinética. Cuando el agua pasa por la turbina, la energía cinética se transfiere a esta, y la turbina acciona el generador para convertirla en energía eléctrica. Por lo tanto, se trata de un proceso de conversión de energía mecánica en energía eléctrica.
Debido a las diferentes condiciones naturales de las centrales hidroeléctricas, la capacidad y la velocidad de las unidades generadoras varían ampliamente. Generalmente, las pequeñas centrales hidroeléctricas y las de alta velocidad accionadas por turbinas de impulso suelen adoptar estructuras horizontales, mientras que las de gran y mediana velocidad suelen adoptar estructuras verticales. Dado que la mayoría de las centrales hidroeléctricas se encuentran lejos de las ciudades, normalmente necesitan suministrar energía a las cargas a través de largas líneas de transmisión; por lo tanto, el sistema eléctrico exige una mayor estabilidad operativa a las unidades generadoras: los parámetros del motor deben seleccionarse cuidadosamente y el momento de inercia del rotor es elevado. Por consiguiente, la apariencia de una unidad generadora hidroeléctrica difiere de la de una turbina de vapor. Su diámetro de rotor es grande y su longitud es corta. El tiempo necesario para el arranque y la conexión a la red de las unidades generadoras hidroeléctricas es relativamente corto, y la gestión operativa es flexible. Además de la generación de energía general, es especialmente adecuada para la reducción de picos de demanda y como unidad de reserva de emergencia. La capacidad máxima de las unidades generadoras de turbina de agua ha alcanzado los 700 000 kilovatios.
En cuanto al principio de funcionamiento de un generador, la física de bachillerato lo explica claramente: se basa en la ley de inducción electromagnética y la ley de la fuerza electromagnética. Por lo tanto, su construcción consiste en utilizar materiales conductores y con la conductividad magnética adecuada para formar un circuito magnético y un circuito de inducción electromagnética mutua, generando así energía electromagnética y logrando la conversión de energía.
El generador de turbina hidráulica es accionado por una turbina hidráulica. Su rotor es corto y grueso, lo que reduce el tiempo de arranque y conexión a la red, y permite una gestión de la operación flexible. Además de la generación de energía general, es especialmente adecuado para la reducción de picos de demanda y como unidad de reserva de emergencia. La capacidad máxima de los generadores de turbina hidráulica ha alcanzado los 800 000 kilovatios.
El generador diésel funciona con un motor de combustión interna. Arranca rápidamente y es fácil de operar, pero su costo de generación de energía es elevado. Se utiliza principalmente como fuente de energía de respaldo de emergencia o en zonas sin acceso a la red eléctrica principal, así como en estaciones de energía móviles. Su capacidad varía entre varios kilovatios. El par motor en el eje del motor diésel está sujeto a pulsaciones periódicas, por lo que es fundamental prevenir la resonancia y la rotura del eje.
La velocidad del generador hidroeléctrico determina la frecuencia de la corriente alterna generada. Para garantizar la estabilidad de esta frecuencia, es necesario estabilizar la velocidad del rotor. Para ello, la velocidad del motor primario (turbina hidráulica) se puede controlar mediante un sistema de control de lazo cerrado. La señal de frecuencia de la corriente alterna que se va a emitir se muestrea y se realimenta al sistema de control, que regula el ángulo de apertura y cierre de las paletas directrices de la turbina hidráulica para controlar su potencia de salida. Mediante este principio de control por realimentación, se puede estabilizar la velocidad del generador.
Fecha de publicación: 8 de octubre de 2022
