1º Producción de energía eléctrica mediante microcentrales hidráulicas.

Una aportación pequeña, pero no desdeñable.

Para producción de energía eléctrica en pequeñas instalaciones accionadas por turbinas hidráulicas, se emplean habitualmente dos tipos diferentes de instalaciones.

Por una parte las minicentrales, que son las que podemos ubicar en el entorno de entre los 100 KW y los 5 MW.

Por otra las microcentrales que son las que generan hasta un máximo de 100 KW, pero estas, aunque presentan una tipología muy diferente de las anteriores, no tienen un tratamiento especifico, ni en la ley, ni en las estadísticas. (Algunos autores subdividen a su vez este sector y denominan picocentrales a las instalaciones generalmente destinadas a autoconsumo que suministran de entre 100 W y 3 KW, criterio que compartimos.

Normalmente las pequeñas centrales hidroeléctricas, especialmente las minicentrales, son promovidas por empresarios que buscan un negocio en el que prime la recuperación económica de la inversión realizada, sin negar a muchos de ellos las buenas intenciones ecológicas ya que estas instalaciones son las que menos contaminan y poseen una tasa de recuperación energética positiva y superior a la de otros sistemas subvencionados actualmente por las administraciones.

Por ello para la obtención de los mayores rendimientos generalmente las empresas promotoras buscan aprovechamientos hidráulicos de la máxima potencia posible, superando generalmente los 100 KW.De las acciones de estos grupos empresariales, para algunos de los cuales, como ya hemos dicho, las minicentrales son simplemente un negocio como otro cualquiera, es de donde suelen salir las quejas de algunos ecologistas y pescadores que desgraciadamente en ocasiones pueden tener algún fundamento, aunque en muchos de los casos se magnifiquen en demasía, especialmente a través de ciertos medios en los que tienen influencia grupos de intereses turísticos ligados a la pesca fluvial y otros ligados a algunas de las grandes productoras eléctricas.

Esta filosofía tiende a cambiar profundamente cuando se trata de las microcentrales hidráulicas, donde el entusiasmo de muchos de sus promotores por este tipo de ingenios hidráulicos desborda el marco del simple negocio. Aunque, repito, tampoco es difícil encontrar este tipo de entusiastas en minicentrales de potencias mas elevadas. Este pequeño trabajo desea ser un apoyo para esas gentes que gran ilusión intentan recuperar alguna de las antiguas pequeñas instalaciones que ya trabajaron en nuestro país, o intentan implantar otras de características similares.

En las estadísticas y previsiones oficiales cuando se trata del posible potencial minihidráulico a instalar en nuestro país se suelen referir exclusivamente a las minicentrales, ya que las microcentrales de 100 KW o menos, poseen un potencial que no suele ser contemplado a priori, aunque cuando entran en servicio su aporte pasa a engrosar las estadísticas de la producción eléctrica.

Las minicentrales, como ya se ha dicho, están siendo fuertemente cuestionadas por determinados grupos ecologistas y pescadores fluviales basándose en los ya citados abusos, que hemos de reconocer que se han producido en la instalación de algunas de ellas.

Aunque todas esas quejas en demasiadas ocasiones no son lo suficientemente razonables, especialmente cuando existe un cierto protagonismo mediático sobre el tema. No obstante la problemática de las minihidráulicas es muy diferente de las microhidráulicas, ya que las microhidráulicas habitualmente parten de antiguos aprovechamientos hidráulicos como son los molinos harineros, mazos, batanes y otros antiguos ingenios hidráulicos que se pueden recuperar hoy en día para la producción de energía eléctrica.

Debido a esa mala fama generada por las minicentrales y a las presiones mantenidas por algunas de las grandes empresas eléctricas, casi todas las administraciones consideran que no es “políticamente correcto” apoyar y fomentar a ninguna de estas instalaciones, sin distinción entre ellas, por lo que las trabas burocráticas y administrativas son enormes, a lo que hay que añadir las dificultades que ponen las grandes empresas distribuidoras de energía eléctrica para las cuales tener que admitir en su red a estos pequeños productores solo supone problemas sin prácticamente ningún beneficio. Por exagerado que nos parezca, la documentación que exigen para una pequeña instalación de 20 KW en un antiguo molino es bastante similar a la que se necesitaría para poner en un río caudaloso una represa que genere 5 MW.

Técnicamente es perfectamente posible recuperar los antiguos aprovechamientos microhidráulicos sin perjudicar a la fauna piscícola ni a su entorno natural, se trata de utilizar sistemas que ya han demostrado su eficaz funcionamiento a lo largo de los años, incluso de los siglos, sin crear problemas ecológicos.

El número de estos antiguos aprovechamientos es muy elevado en nuestro país y aunque no será posible la recuperación de todos ellos, es probable que varios miles de ellos estén aun en condiciones de rehabilitación, este es un estudio que las administraciones públicas deberían efectuar en colaboración con los promotores, grupos e instituciones interesados, que sin duda estarán encantados de poder realizarlo.

Como ejemplo podemos poner lo que esta ocurriendo en el Reino Unido, en el distrito de South Somerset, en donde se ha restaurado, y puesto en funcionamiento como central eléctrica, un molino con mas de 900 años de antigüedad situado en Gants, el ejemplo de esta instalación de 12 KW ha servido para que la administración del distrito promueva que otros diez propietarios tengan en marcha proyectos para generar energía eléctrica en los suyos, con potencias que van desde los 5 hasta los 50 KW.

Incluso en los edificios de alguna de ellas se han instalado pequeños hoteles rurales, que hacen del propio funcionamiento de las instalaciones de las microcentrales un reclamo más dentro de sus posibles atractivos turísticos.

Disposición de la microcentral de Gants Microcentral de Gants

Tomando como muestra a Asturias, por ser la zona mejor conocida por nosotros, se puede estimar que la media de potencia a extraer se puede cifrar en unos 5 a 15 KW por rodete, si extrapolamos esta cifra y estimamos que en España se pueden recuperar como mínimo unos 20000 molinos (rodetes o rodeznos y aceñas) de los más de 60000 que a finales del siglo XIX había instalados en toda España, nos da la muy estimable cantidad de 100 a 300 MW, con una capacidad energética estimada por nosotros equivalente a unos 400 a 1200 aerogeneradores eólicos de 1 MW, utilizando estimaciones muy a grueso modo.

Es posible que se puedan añadir otros 100 o 200 MW, de viejas hidroeléctricas abandonadas y del aprovechamiento de embalses y canales de riego. Otra posibilidad es por motivos económicos aprovechar la reversibilidad de las bombas hidráulicas de fabricación estándar usándolas como turbinas.

La tasa de recuperación energética de las turbinas hidráulicas es positiva como se ha demostrado por su uso histórico, y la construcción de pequeñas turbinas adaptadas a los saltos y caudal de nuestros ríos es una tecnología perfectamente asumible para muchas pequeñas empresas de nuestro país.

Turbina de flujo cruzado Ossberger Flujo del agua en una turbina Ossberger

Básicamente lo que se puede proponer para los casos de un cierto salto y pequeño o medio caudal son instalaciones muy sencillas con turbinas de flujo cruzado (Banki-Mitchell o Ossberger) o de flujo axial (hélice, Kaplan, o semi-Kaplan), incluso en algunos aprovechamientos se podrían usar las Pelton y Turgo, todas ellas con generador asíncrono, excepto en los casos de autoconsumo donde se suelen usar máquinas síncronas de imanes permanentes, o corriente continua en las muy pequeñas.

A partir de potencias de mas de 30 KW el generador asíncrono podría ser de velocidad variable usando motores asíncronos de rotor bobinado, también denominados de doble excitación, con el rotor conectado mediante un variador de frecuencia PWM reversible, trabajando en cuatro cuadrantes con regeneración a red, que permita el control electrónico de la frecuencia y potencia rotóricas. Controlando la frecuencia del rotor se complementa la frecuencia de la salida estatórica hasta alcanzar la frecuencia sincrónica, con la amplitud en el rotor se varía la excitación y se controla la relación entre las potencias activa y reactiva generadas. En el caso de velocidad hipersincrónica se produce una doble generación estatórica y rotórica.

Alternador asíncrono de rotor bobinado (doble excitación), esquema unifilar.

Estas instalaciones, muy adecuadas para las turbinas de flujo cruzado de acción, así como para las axiales y las de acción, funcionarían normalmente de forma “abandonada” (sin personal) aprovechando la actual tecnología automática y el potencial telemático de nuestro sistema existente de telecomunicaciones.

El sistema arriba propuesto es técnicamente muy flexible y permitiría extraer hasta el último KW posible del aprovechamiento hidráulico a diferencia de las instalaciones clásicas, como por ejemplo las que tienen instaladas turbinas Francis con generador síncrono, que poseen el punto optimo de trabajo en un entorno de unas condiciones muy estrictas, por lo cual durante los periodos de estiaje y semi-estiaje, o se detienen, o apenas generan energía.

El diseño de estas maquinas debe de establecerse para que su construcción sea posible de forma modular y estándar para abaratar sus costes, sería un trabajo sumamente interesante y provechoso, que contase con la debida aportación de ayudas públicas a los investigadores en tecnología aplicada de la universidad para que se ocupasen del mismo. A partir de estos trabajos universitarios de investigación aplicada, muchas pymes podrían aportar sus conocimientos y desarrollar una tecnología de fabricación,

y no olvidemos que se trata de un producto cuya aceptación en el mercado mundial está en aumento debido a las crecientes necesidades energéticas del planeta.

Este tipo de propuestas ya se está realizando en otros países, como por ejemplo ocurre en Canadá, donde la administración de la Columbia Británica ha elaborado un libro blanco con el fin de promover y coordinar las microcentrales siguiendo líneas muy similares a las ya expuestas en este documento.

Dentro de los recursos hidráulicos, además de los más habituales ya tratados, existen los situados normalmente en ríos caudalosos con poco desnivel, se trata de un tipo de aprovechamiento de gran caudal y poco salto como eran las antiguas aceñas, con ruedas hidráulicas del tipo Sagebien, Poncelet y similares, que suelen tener un gran diámetro de entre 4 y 8 metros. Son un tipo de instalaciones que se pueden recuperar modificándolas para dotarlas de ruedas fabricadas con nuevos materiales y de moderno diseño hidráulico y mecánico. El interés actual por estas máquinas se observa en el siguiente estudio de la Universidad de Hylow, expuesto en:

http://www.hylow.eu/hylow-start/project-description

Water wheels (water wheel) are efficient converters, but are limited in their power output. In addition, their costs also increase with reducing head difference so that currently hydropower sites with less than 2 m head difference are considered economically marginal. 

 With the development of turbines in the 19th century serious hydropower exploitation started.

Thousands of weirs were built into our rivers in order to reduce the gradient (to prevent erosion), to extract water either for irrigation or for water wheels and for

navigation. It is estimated that the power available accounts for more than 500 MW in Germany, and 500 – 1000 MW in England; other countries probably have similar power available. Today, the hydropower at all these places is unused since there is no cost-effective and ecologically acceptable energy converter. Standard technologies such as Kaplan Turbines require very large diameters and extensive in- and outflow structures, so that their costs rise with reducing head difference where high flow volumes must be processed. Also, the effect of the turbine on fish passing through is considered negative due to propeller strike and very low pressures in the suction tube.

Estas nuevas ruedas hidráulicas a simple vista no difieren de las ruedas tradicionales que ya había instaladas en dichas aceñas, por lo que no se rompería la estética típica de estos ingenios, en la rehabilitación de estas instalaciones se pueden obtener rendimientos hidráulicos muy interesantes del orden de mas del 80 % en los diseños tipo Poncelet y Sagebien, e incluso del 90 % para modelos de cierta potencia. Y solo presentan un problema, sus bajas revoluciones por minuto obligan a la instalación de multiplicadores, o en su defecto de alternadores de un elevado número de polos.

La reconstrucción de estas viejas ruedas hidráulicas no altera en absoluto el medio ambiente según está comprobado en las múltiples instalaciones de este tipo ya rehabilitadas en el centro y norte de Europa, donde además de recuperar las antiguas se están instalando otras de nueva implantación. La instalación de este tipo de ruedas hidráulicas se observa especialmente en distritos rurales de zonas turísticas del Reino Unido, Francia, Alemania y otros países, sin rechazo alguno, ni de grupos ecologistas, ni del resto de la población, estas ruedas no perjudican al paisaje si no todo lo contrarío, si se cuida un poco la

Breast wheel Poncelet wheel

estética de sus casas de máquinas se puede componer una estampa tradicional de las que eran habituales en otros tiempos, generando incluso ciertas posibilidades de atracción turística, como se está demostrado.

Aceña recuperada para producción eléctrica en Centro-Europa.

Además las microcentrales en general suponen una producción local, descentralizada, mucho más próxima a los intereses de la mayoría de la población que a los intereses de las grandes corporaciones que siempre trataron de centralizar la producción energética en grandes grupos, cerrando las pequeñas instalaciones hidráulicas que históricamente habían alimentado a muchas comunidades rurales. Con el interés añadido, aunque reconociendo su escasa influencia, de que potenciarían un cierto desarrollo rural, con algunos puestos de trabajo aunque fuesen de forma parcial o discontinua (limpiezas y otras labores de vigilancia y conservación) y daría asimismo ingresos en cánones e impuestos a los ayuntamientos rurales.

En cuestiones de energía es muy peligroso abandonarse a “la mano oculta del mercado”, las administraciones deben de intervenir de forma activa y positiva para optimizar un bien tan escaso. Por ello su labor debe de ser de promoción de este tipo de iniciativas a través de una agencia que coordine y fomente la investigación y los diseños, así como facilite determinados medios a las pymes para la construcción de los equipos y colabore con los promotores en la tramitación de toda la documentación, tanto la necesaria para la correspondiente confederación hidrográfica, como la requerida en los departamentos de industria y energía a nivel autonómico o estatal, según estén o no transferidas las correspondientes competencias.

Este organismo podría ser perfectamente una sección del IDAE dedicada a este tema, contando asimismo con la necesaria dotación presupuestaria para la subvención de los proyectos de investigación aplicada que realizasen los departamentos universitarios de ingeniería eléctrica, energía y mecánica de fluidos entre otros.

La tarea de potenciar las microcentrales debe de ser tratada de forma conjunta, por todos los que pueden y deben ser protagonistas de su implantación, como son las administraciones públicas, investigadores universitarios en el campo de la tecnología aplicada, diseñadores y fabricantes de microturbinas, ingenierías eléctricas, hidrotécnicas y de obra civil. Usando una necesaria coordinación que estimule las

sinergias necesarias para su desarrollo. Las microcentrales hidráulicas no resolverán de modo alguno el problema energético, pero significarán una ayuda, que aunque pequeña, no es despreciable.

La administración tiene ya teóricamente previstas ayudas para las energías renovables, pero las microcentrales no están específicamente previstas en la ley como tales, entran en el mismo tipo de ayudas y tarifas que las minicentrales y los generadores eólicos, de todas formas lo que se necesita en este momento para arrancarlas, mas que ayuda económica a través de las tarifas, es ayuda en los tramites administrativos que contemple la peculiaridad de estas instalaciones de 100 KW o menos, cuya conexión se hace en baja tensión siempre que exista y lo permita la correspondiente red.

Por todo ello consideramos que ante las actuales perspectivas de escasez energética, las microcentrales son un aporte a considerar, y las administraciones deben de cambiar su actitud, cambiando la situación actual consistente en obstaculizarlas, por la inversa de promocionarlas e incentivarlas activamente.