Una central hidroeléctrica de bombeo es un tipo especial de central hidroeléctrica que tiene dos embalses. El agua contenida en el embalse situado en el nivel más bajo —embalse inferior—, es bombeada durante las horas de menor demanda eléctrica al depósito situado en la cota más alta —embalse superior—, con el fin de turbinarla, posteriormente, para generar electricidad en las horas de mayor consumo eléctrico.

Por tanto, estas instalaciones permiten una mejora en la eficiencia económica de la explotación del sistema eléctrico al almacenar electricidad en forma de agua embalsada en el depósito superior. Constituye en la actualidad la forma más económica de almacenar energía eléctrica.

Las centrales que no tienen aportaciones de agua significativas en el embalse superior se llaman centrales de bombeo puro. En otro caso, se denominan centrales mixtas de bombeo. El funcionamiento de una central de bombeo puro se puede ver en el siguiente esquema:

Durante las horas en que la demanda de energía eléctrica es mayor, la central de bombeo funciona como cualquier central hidroeléctrica convencional: el agua que previamente es acumulada en el embalse superior cerrado por una presa, llega a través de una galería de conducción a una tubería forzada,que la conduce hasta la sala de máquinas de la central eléctrica.Para la regulación de las presiones del agua entre las conducciones anteriores se construye en ocasiones una chimenea de equilibrio.

En la tubería forzada, el agua va adquiriendo energía cinética (velocidad) que, al chocar contra los álabes de la turbina hidráulica, se convierte en energía mecánica rotatoria. Esta energía se transmite al generador para su transformación en electricidad de media tensión y alta intensidad. Una vez elevada su tensión en los transformadores es enviada a la red general mediante líneas de transporte de alta tensión. El agua, una vez que ha generado la electricidad, circula por el canal de desagüe hasta el embalse inferior, donde queda almacenada.

Cuando se registra un menor consumo de energía eléctrica —generalmente durante las horas nocturnas de los días laborables y los fines de semana—, se aprovecha el que la electricidad en esas horas tiene en el mercado un coste bajo, y se utiliza para accionar una bomba hidráulica que eleva el agua desde el embalse inferior hasta el embalse superior, a través de la tubería forzada y de la galería de conducción.

El agua es elevada, generalmente por las propias turbinas de la central, funcionando como bombas accionadas por los generadores que actúan como motores. Una vez efectuada la operación de bombeo, el agua almacenada en el embalse superior está en condiciones de repetir otra vez el ciclo de generación eléctrica.

Las 10 mayores centrales hidroeléctricas de bombeo del mundo, entre las que se encuentra la española de Cortes-La Muela, propiedad de Iberdrola, son las siguientes .

1.Central de Bath County. 3.003 MW. Estados Unidos

La central de bombeo del Condado de Bath es una central hidroeléctrica de almacenamiento de bombeo, que se describe como la "batería más grande del mundo", con una capacidad de generación de 3.003 MW. La central se encuentra en el Condado de Bath, Virginia. La estación consta de dos depósitos separados por aproximadamente 380 metros de altura. Es la la central de almacenamiento de bombeo más grande del mundo.

La construcción de la central eléctrica, con una capacidad original de 2.100 megavatios, comenzó en marzo de 1977 y se completó en diciembre de 1985 con un coste de 1.600 millones de dólares. Voith - Siemens mejoró las seis turbinas Francis entre 2004 y 2009, aumentando la generación de energía de cada una de ellas a 500,5 MW y la potencia de bombeo a 480 megavatios para cada turbina. Bath County Station es propiedad conjunta de Dominion Generation (60%) y FirstEnergy (40%), y es administrada por Dominion. Almacena energía para PJM Interconnection, una organización de transmisión regional en 13 estados y el Distrito de Columbia.

2. Central de Huizhou. 2.448 MW. China

La central eléctrica de Huizhou es una hidroeléctrica de bombeo cerca de Huizhou, en la provincia de Guangdong , China. La central cuenta con ocho bombas de generación de Alstom que totalizan una capacidad instalada de 2.448 megavatios. Las unidades iniciales se conectaron entre 2007 y 2008, y la central eléctrica se completó el 15 de junio de 2011.

La central eléctrica se suministra con agua de un depósito superior formado por dos presas. La presa principal es una presa de hormigón compactado por rodillo (RCC) de 56 metros de alto y 156 metros de largo. La segunda presa, auxiliar de la primera, tiene 14 metros de alto y 133 metros de largo. Una vez que el agua del depósito superior se transfiere a través de la central eléctrica, que se encuentra a 420 metros bajo tierra, se produce electricidad, y el agua se descarga en una presa inferior. Este depósito inferior es creado por una sola presa de RCC de 61 m de altura y 420 metros de alto. El agua puede luego ser bombeada por los generadores de nuevo al depósito superior para su reutilización. La central es propiedad de Guangdong Pumped Storage Power Company Limited.

3.Central de Guangdong o Guangzhou. 2.400 MW. China

La central eléctrica de Guangdong o central de bombeo de Guangzhou está ubicada en Guangzhou, provincia de Guangdong, China. La energía se genera mediante ocho turbinas, cada una de ellas con una capacidad de 300 megavatios, y una capacidad instalada total de 2.400 megavatios. La energía generada se vende a clientes de China Light and Power en Hong Kong. La central eléctrica se construyó en dos etapas, las primeras cuatro turbinas se completaron en 1994 y las otras cuatro en 2000. Hong Kong Pumped Storage Development Company (PSDC) es de propiedad absoluta de CLP, que tiene los derechos contractuales para usar el equivalente a la mitad de la primera etapa del proyecto (600) MW.

La estación está compuesta principalmente por un depósito inferior, otro superior y una central eléctrica subterránea. El agua para el sistema se deriva del río Liuxihe. El embalse inferior tiene una capacidad de 23,4 millones de metros cúbicos y está constituido por una presa de gravedad de 43,5 metros de alto y 153,12 metros de largo, de hormigón compactado por rodillo. El agua de este embalse se bombea hacia el embalse superior, consistente en una presa de terraplén de 68 metros de altura y 318,52 metros de largo.

4. Central de Okutataragi. 1.942 MW. Japón

La central eléctrica de Okutataragi es una gran central hidroeléctrica de almacenamiento de bombeo situada en Asago, en la prefectura de Hyōgo, Japón. Con una capacidad total instalada de 1.932 megavatios, es la cuarta central hidroeléctrica de bombeo más grande del mundo y la mayor de Japón. La instalación está actualmente a cargo de Kansai Electric Power Company (Kepco).

Al igual que la mayoría de las instalaciones de almacenamiento con bombeo, la central eléctrica utiliza dos depósitos, liberando y bombeando a medida que la demanda sube y baja. La construcción de la instalación comenzó en 1970 y se completó en 1974.

El embalse de Kurokawa, el embalse superior, tiene una capacidad de 33,3 millones de metros cúbicos, un área de captación de 1 millón de metros cuadrados y una superficie de yacimiento de 5,2 kilómetros cuadrados. La presa de terraplén, ubicada en el río Ichi , mide 98 metros de alto y 325 metros de largo. El embalse de Tataragi, el embalse inferior, tiene una capacidad de 19,4 millones de metros cúbicos, un área de captación de 1 millón de metros cuadrados y una superficie de 13,4 kilómetros cuadrados. La presa mide 64,5 metros de alto y 278 metros de largo.

5. Central de Ludington. 1.872 MW. Estados Unidos

La central de Ludington es una planta hidroeléctrica de bomebo situada en Ludington, Michigan. Fue construida entre 1969 y 1973 por 315 millones de dólares, es propiedad conjunta de Consumers Energy y Detroit Edison y es operada por Consumers Energy. En el momento de su construcción, era la instalación hidroeléctrica de almacenamiento de bombeo más grande del mundo.

Consiste en un embalse a orillas del lago Michigan. La planta de energía consta de seis turbinas reversibles que pueden generar 312 megavatios de electricidad cada una para una producción total de 1,872 megavatios. El agua se entrega desde el depósito superior a las turbinas mediante seis plataformas verticales de 340 metros de largo. La central de Ludington está conectada a seis líneas de transmisión de 345 kV, propiedad y mantenimiento de METC, una subsidiaria de ITC Holdings.

Consumers Energy y Detroit Edison anunciaron una actualización de 800 millones el 7 de febrero de 2011. El proyecto, de seis años de duración, comenzó en 2013 y ampliará la vida de la planta en al menos cuarenta años y actualizará la capacidad de generación de 1.872 megavatios a 2.172 megavatios. Los planes para la actualización incluyen el reemplazo de las seis turbinas de la planta, lo que aumentaría la capacidad de generación total de la planta en un 15% y la eficiencia en un 5%.

6.Central de Tianhuangping. 1.836 MW. China

La central eléctrica de Tianhuangping es una central de almacenamiento por bombeo situada en Tianhuangping , condado de Anji, provincia de Zhejiang, en China. La central tiene una capacidad instalada de 1.836 megavatios que utiliza seis turbinas Francis reversibles fabricadas por Kvaerner. Su construcción comenzó en 1993 y la central eléctrica se completó en 2004. La central es operada por Shenergy Co Ltd. y supuso una inversión de 1.080 millones de dólares.

Situada en Daxi Creek, la presa de Tianhuangping constituye el depósito inferior de la central eléctrica. La presa de relleno de roca de hormigón tiene 72 metros de alto y 577 metros de largo. La presa puede almacenar 6,8 millones de metros cúbicos de agua y contiene un aliviadero lateral no controlado que puede descargar 536 metros cúbicos por segundo.

Desde el depósito inferior, el agua se bombea al depósito superior, que tiene una capacidad de almacenamiento de 6,7 millones de metros cúbicos y desde allí el agua cae a través de dos tuberías de 882 metros de largo y 7 metros de diámetro que, antes de llegar a las turbinas reversibles, cada una de ellas con una capacidad de 306 megavatios y una capacidad máxima de 336 MW, se ramifican en seis tubos de bifurcación.

7. Central de Tumut-3. 1.800 MW. Australia

La central eléctrica Tumut 3 es la primera central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo en Australia. La central eléctrica está debajo de la presa de Talbingo y dispone de seis turbinas Toshiba, cada una de ellas equipada con generadores fabricados por Melco. La central tiene una capacidad de generación combinada de 1.800 megavatios. Tres de las seis unidades pueden operar como bombas. La estación de energía se completó en 1973, se mejoró en 2012 y tiene una caída de 150,9 metros. El agua se transporta en seis tuberías, cada una de 488 metros de largo y 5,6 metros de diámetro, que suministran agua desde y hacia el embalse de Talbingo.

Los activos de la central de Tumut son propiedad de Snowy Hydro Limited, una compañía cuyos accionistas incluyen los gobiernos de Australia , Nueva Gales del Sur y Victoria . La compañía también tiene licencia para administrar los derechos de agua utilizados en la central eléctrica. En 2003, Snowy Hydro puso en servicio seis generadores de microhidráulica de 140 kilovatios (190 hp) en los sistemas de agua de refrigeración existentes en cada una de las seis unidades generadoras en la central eléctrica Tumut 3. Estas unidades acreditadas por GreenPower permiten a Snowy Hydro ahorrar aproximadamente 3.137 toneladas de dióxido de carbono por año. Además, esta instalación no solo captura energía renovable desperdiciada con anterioridad, sino que también reduce sustancialmente el ruido asociado con las válvulas reductoras de presión anteriores en los sistemas de refrigeración de la unidad de seis generadores. Entre 2009 y diciembre de 2011, hubo una mejora importante de Tumut 3, agregando capacidad adicional en el rango de 25 MW a 50 MW por unidad.

8. Central de Grand’Maison. 1.800 MW. Francia

La central de Grand'Maison es una central hidroeléctrica de bombeo propiedad de la eléctrica pública francesa EDF. El depósito superior está constituido por la presa del mismo nombre, una presa de terraplén en L'Eau d'Olle, un afluente del río Romanche, que se encuentra situada en Vaujany de Isère, en los Alpes franceses. El depósito inferior y la central se encuentran en el Lac du Verney. La central fue construida entre 1978 y 1985 y entró en servicio en 1987. Cuenta con una capacidad instalada de 1.800 MW y es la mayor central hidroeléctrica de Francia.

Grand'Maison es una presa de terraplén con una altura de 140 metros desde el lecho del río y 160 metros desde la base. Tiene 550 metros de largo y el embalse retenido por la presa, Lac de Grand Maison, tiene una capacidad de almacenamiento de 140 millones de metros cúbicos. La central tiene niveles por encima y debajo del suelo. En el nivel superior, hay cuatro generadores de turbina Pelton de 150 MW que se utilizan para la generación de energía hidroeléctrica convencional.

El nivel subterráneo contiene ocho turbinas Francis de 150 MW que se pueden usar tanto para la generación de energía como para el bombeo. Después de que se genera electricidad, el agua se descarga en Lac du Verney, el depósito inferior. Cuando el almacenamiento en Grand'Maison necesita reabastecerse, las turbinas se vuelven hacia las bombas y mueven el agua desde Lac du Verney hasta el embalse Grand'Maison.

La estación de energía repite el proceso de almacenamiento por bombeo según sea necesario y actúa como una planta de respaldo. La generación de energía o el bombeo pueden iniciarse en minutos. Sobre una base anual, la central genera 1.420 GWh de electricidad y consume 1.720 GWh en modo de bombeo. Debido a que el bombeo se produce durante los períodos de baja demanda cuando la electricidad es más barata que la generación de energía durante los de alta demanda, la central eléctrica es rentable.

9. Cortes-La Muela. 1.772 MW. España

La central hidroeléctrica de bombeo Cortes-La Muela se encuentra en la margen derecha del río Júcar, en el término municipal de Cortes de Pallás (Valencia). La central tiene una capacidad de 1.772 MW que la convierten en la segunda de Europa. La central es propiedad de Iberdrola, y en ella la compañía ha invertido a lo largo del tiempo 1.200 millones de euros, de los que los 300 millones últimos se invirtieron entre 2006 y 2013 en la ampliación de La Muela II, en la que se pusieron en marcha los cuatro grupos reversibles para aprovechar el desnivel de 500 metros existente entre el depósito artificial de La Muela y el embalse de Cortes de Pallás.

Con la ampliación la central amplió sus 630 MW de potencia hasta 1.750 MW en turbinación y 1.280 MW en bombeo. La central es capaz de producir hasta 5.000 GWh y atender la demanda anual de 400.000 hogares, de los que la mitad se consiguieron con la ampliación.

10. Central de Dinorwig. 1.728 MW. Reino Unido

La central eléctrica de Dinorwig es una central hidroeléctrica de bombeo con una capacidad de 1.728 megavatios que está situada cerca de Dinorwig, en Gwynedd, al norte de Gales. La central es propiedad de First Hydro Company, perteneciente al grupo galo Engie. La planta fue construida en una cantera de pizarra abandonada, y para preservar la belleza natural del Parque Nacional Snowdonia, está ubicada en el interior de la montaña Elidir Fawr. El proyecto, que comenzó en 1974 y costó 425 millones de libras tardó diez años en completarse, fue el contrato de ingeniería civil más grande jamás otorgado por el gobierno del Reino Unido en ese momento.

El trabajo fue realizado por un consorcio formado por Alfred McAlpine, Brand y Zschokke, que tuvo que mover 12 millones de toneladas de rocas. La central eléctrica comprende 16 kilómetros de túneles, un millón de toneladas de hormigón, 200. 000 toneladas de cemento y 4.500 toneladas de acero.

La central eléctrica está conectada a la subestación National Grid en Pentir por medio de cables de 400 kV que están enterrados en aproximadamente 10 kilómetros para preservar un área de extraordinaria belleza natural. El agua se almacena a gran altitud en el depósito Marchlyn Mawr y se descarga en Llyn Peris a través de las turbinas en momentos de demanda pico de electricidad. La central eléctrica comprende seis generadores GEC de 300MW acoplados a turbinas reversibles de tipo Francis. Con las seis unidades se puede lograr una carga de 0 MW a 1.800 MW en aproximadamente 16 segundos.