CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN objetivo del control es satisfacer en todo momento la demanda de energía y mantener

la frecuencia de la red en un valor constante. Este tipo de control es efectivo cuando lo realizan las grandes centrales cuya banda de regulación es amplia y la inercia de sus grupos facilita el control de la frecuencia.

El caso de las minicentrales fluyentes es distinto. Frecuentemente este tipo de centrales operan en condiciones especiales de forma que incorporan al sistema la totalidad de la energía por ellas producida (Ley 54/1997 de 27 de Noviembre). En España estas centrales están incluidas dentro del denominado régimen especial. Por otro lado, la escasa potencia instalada en las minicentrales, hace que su aportación a la frecuencia de la red sea prácticamente despreciable.

El control realizado sobre el distribuidor de la turbina de una minicentral fluyente debe encaminarse a otros dos objetivos. Uno de ellos es el mantenimiento del nivel del agua en el azud constante mientras que en el resto de los casos el objetivo es turbinar el caudal deseado. En el caso de realizar el control del nivel, mediante un sensor de nivel se detectan las variaciones del mismo y se acciona el distribuidor de la turbina de manera que aquél se mantenga constante. La consecuencia lógica de dicho control es que se turbina parte o todo el caudal del río, dado que las variaciones de dicho caudal son las que producen los cambios en el nivel. Esta estrategia de control tiene varias consecuencias que mejoran el comportamiento de la minicentral desde el punto de vista medioambiental:

¾ Como se turbina todo o parte del caudal procedente del río incluyendo sus variaciones, no es necesario que el azud regule. Por tanto, se puede reducir considerablemente las dimensiones del vaso. Esto permite la construcción de un pequeño azud que únicamente tienen por misión remansar el agua y facilitar su entrada en la toma de la minicentral. Las consecuencias para el entorno natural de la central son obvias: se minimiza el impacto.

¾ El hecho de que el nivel en el azud es constante facilita la explotación de la minicentral junto con otros usos como puede ser el regadío, la navegación o los usos recreativos. En estos casos es necesario que la cota de la superficie del agua experimente pocas variaciones. De esta forma se asegura el calado mínimo necesario para situar una toma de regadío o para la navegación comercial o de recreo.

¾ Si el nivel del agua se sitúa por encima del aliviadero del azud y se mantiene constante, se asegura la circulación de un caudal ecológico constante entre la

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.9

toma de agua de la minicentral y la descarga. Esto permite asegurar que la implantación de la minicentral no deja sin agua ningún tramo de río.

Este tipo de control es menos frecuente en la actualidad y por tanto son muy pocos los modelos de central que lo contemplen. Así mismo, el estudio de la estabilidad de la minicentral, que en el caso de control de frecuencia-potencia está ampliamente desarrollado, en el caso del control de nivel a penas está esbozado, como se comprueba en el trabajo de recopilación bibliográfica desarrollado en el capítulo 2.

Dado el interés que despierta la materia, la presente tesis se dedica a la elaboración de un modelo de minicentral hidroeléctrica que controla nivel y al estudio de su estabilidad. Para ello se plantean tres esquemas de minicentral que se corresponden con los más comunes entre las minicentrales actuales. Los modelos de minicentral que se estudian son: la central en derivación en lámina libre con canal y cámara de carga, la central a pie de presa y la central en derivación en presión con galería en presión y chimenea de equilibrio.

1.2

OBJETIVOS Y ALCANCE DE LA TESIS

El principal propósito de la presente tesis queda implícito en su propio título: Control de minicentrales hidroeléctricas fluyentes. Modelado y estabilidad. Dicho objetivo, en un principio amplio, puede desglosarse en diferentes etapas que una vez planteadas y desarrolladas posibilitan el avance del estudio. A su vez, los diferentes pasos que se describen someramente a continuación constituyen en sí objetivos parciales que permiten evaluar el alcance y las aportaciones del presente documento.

El comportamiento global de una minicentral hidroeléctrica puede estudiarse desde muy diferentes enfoques en función del marco en que se sitúe dicho estudio. De este modo existen desde modelos que simulan los transitorios durante la puesta en marcha y parada de la central en los que las no linealidades son determinantes para su verosimilitud, hasta aquellos en los que se incluye la influencia de los componentes eléctricos del alternador y que exigen escalas de tiempo muy reducidas. La orientación desde la que se realiza el estudio determina las hipótesis de partida y el tipo de simplificaciones que pueden efectuarse sin que se modifique sustancialmente el modelo. Por ello, previamente, se hace necesario aclarar que alcance de la tesis es simular y estudiar la estabilidad de una minicentral hidroeléctrica frente a pequeñas perturbaciones alrededor de un punto inicial de funcionamiento o de equilibrio. Dicho enfoque pretende representar el funcionamiento normal de la minicentral durante la mayor parte del tiempo, en el que se contemplan pequeños cambios de las variables de

1.10 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN