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Articulo de referencia

Energía hidroeléctrica

La presa de las Tres Gargantas en China; esta central hidroeléctrica es la mayor del mundo por capacidad instalada . La energía hidroeléctrica (del griego antiguo ὑδρο- , "agua"...

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La presa de las Tres Gargantas en China; esta central hidroeléctrica es la mayor del mundo por capacidad instalada .

La energía hidroeléctrica (del griego antiguo ὑδρο- , "agua"), también conocida como energía hidráulica o energía del agua , es el uso del agua en caída o en movimiento rápido para producir electricidad o para alimentar máquinas. Esto se logra convirtiendo la energía potencial gravitatoria o cinética de una fuente de agua en energía. [ 1 ] La energía hidroeléctrica es un método de producción de energía sostenible . Actualmente se utiliza principalmente para la generación de energía hidroeléctrica y también se aplica como una de las partes de un sistema de almacenamiento de energía conocido como hidroelectricidad de bombeo .

La energía hidroeléctrica es una alternativa atractiva a los combustibles fósiles, ya que no produce directamente dióxido de carbono ni otros contaminantes atmosféricos y proporciona una fuente de energía relativamente constante. Sin embargo, tiene desventajas económicas, sociológicas y ambientales, y requiere una fuente de agua suficientemente energética, como un río o un lago elevado . [ 2 ] Instituciones internacionales como el Banco Mundial consideran la energía hidroeléctrica como un medio de bajo carbono para el desarrollo económico . [ 3 ]

Desde la antigüedad, la energía hidroeléctrica de los molinos de agua se ha utilizado como fuente de energía renovable para el riego y el funcionamiento de dispositivos mecánicos, como molinos harineros , aserraderos , fábricas textiles , martillos hidráulicos , grúas portuarias, ascensores domésticos y molinos de mineral . A veces se utiliza un trompeta , que produce aire comprimido a partir de la caída de agua, para alimentar otra maquinaria a distancia. [ 4 ] [ 1 ]

Calcular la cantidad de energía disponible

Un recurso hidroeléctrico puede evaluarse por su potencia disponible . La potencia es función de la carga hidráulica y el caudal volumétrico . La carga es la energía por unidad de peso (o unidad de masa) de agua. [ 5 ] La carga estática es proporcional a la diferencia de altura a través de la cual cae el agua. La carga dinámica está relacionada con la velocidad del agua en movimiento. Cada unidad de agua puede realizar una cantidad de trabajo igual a su peso multiplicado por la carga.

La potencia disponible del agua en caída se puede calcular a partir del caudal y la densidad del agua, la altura de caída y la aceleración local debida a la gravedad:

W˙afuera=−η metro˙gramo Δh=−η ρV˙ gramo Δh{\displaystyle {\dot {W}}_{\text{out}}=-\eta \ {\dot {m}}g\ \Delta h=-\eta \ \rho {\dot {V}}\ g\ \Delta h}
dónde

Para ilustrarlo, la potencia de salida de una turbina con una eficiencia del 85%, con un caudal de 80 metros cúbicos por segundo (2800 pies cúbicos por segundo) y una altura de 145 metros (476 pies) , es de aproximadamente 97 megavatios: [ nota 1 ]

W˙afuera=0,85×1000 (kg/metro3)×80 (metro3/s)×9.81 (metro/s2)×145 metro≈97×106 (kg metro2/s3)=97 MW{\displaystyle {\dot {W}}_{\text{out}}=0.85\times 1000\ ({\text{kg}}/{\text{m}}^{3})\times 80\ ({\text{m}}^{3}/{\text{s}})\times 9.81\ ({\text{m}}/{\text{s}}^{2})\times 145\ {\text{m}}\approx 97\times 10^{6}\ ({\text{kg}}\ {\text{m}}^{2}/{\text{s}}^{3})=97\ {\text{MW}}}

Los operadores de centrales hidroeléctricas comparan la energía eléctrica total producida con la energía potencial teórica del agua que pasa por la turbina para calcular la eficiencia. Los procedimientos y definiciones para el cálculo de la eficiencia se encuentran en códigos de ensayo como ASME PTC 18 e IEC 60041. Las pruebas de campo de las turbinas se utilizan para validar la garantía de eficiencia del fabricante. El cálculo detallado de la eficiencia de una turbina hidroeléctrica tiene en cuenta la pérdida de carga debida a la fricción del flujo en el canal de potencia o tubería forzada, el aumento del nivel del agua aguas abajo debido al flujo, la ubicación de la central y el efecto de la gravedad variable, la temperatura del aire y la presión barométrica, la densidad del agua a temperatura ambiente y las altitudes relativas del embalse de entrada y el embalse de salida. Para cálculos precisos, deben considerarse los errores debidos al redondeo y al número de cifras significativas de las constantes. [ 6 ]

Algunos sistemas hidroeléctricos, como las ruedas hidráulicas, pueden obtener energía del flujo de un cuerpo de agua sin necesidad de cambiar su altura. En este caso, la energía disponible es la energía cinética del agua en movimiento. Las ruedas hidráulicas de sobrecorriente pueden capturar eficientemente ambos tipos de energía. [ 7 ] El caudal de un arroyo puede variar ampliamente de una estación a otra. El desarrollo de un emplazamiento hidroeléctrico requiere el análisis de registros de caudal , a veces de décadas, para evaluar el suministro anual de energía fiable. Las presas y los embalses proporcionan una fuente de energía más fiable al suavizar las variaciones estacionales del caudal. Sin embargo, los embalses tienen un impacto ambiental significativo , al igual que la alteración del caudal natural del arroyo. El diseño de la presa debe tener en cuenta el peor escenario, la "crecida máxima probable" que se puede esperar en el emplazamiento; a menudo se incluye un aliviadero para desviar las crecidas alrededor de la presa. Se utiliza un modelo informático de la cuenca hidráulica y los registros de lluvia y nieve para predecir la crecida máxima.

Desventajas y limitaciones

Un proyecto hidroeléctrico que aprovecha la energía del agua que desciende de las montañas Brecon Beacons, Gales ; 2017

Se han identificado algunas desventajas de la energía hidroeléctrica. Las fallas en las represas pueden tener efectos catastróficos, incluyendo la pérdida de vidas, bienes y la contaminación del suelo.

Las represas y los embalses pueden tener importantes impactos negativos en los ecosistemas fluviales , como impedir que algunos animales viajen río arriba, enfriar y desoxigenar el agua liberada río abajo y la pérdida de nutrientes debido a la sedimentación de partículas. [ 8 ] Los sedimentos fluviales forman deltas fluviales y las represas impiden que se restauren los que se pierden por la erosión. [ 9 ] [ 10 ] Además, los estudios encontraron que la construcción de represas y embalses puede resultar en la pérdida de hábitat para algunas especies acuáticas. [ 11 ] Las represas y los embalses grandes y profundos cubren grandes áreas de tierra, lo que causa emisiones de gases de efecto invernadero debido a la descomposición de la vegetación subacuática. Además, aunque en niveles más bajos que otras fuentes de energía renovable , [ 12 ] se encontró que la energía hidroeléctrica produce metano (CH 4 ) equivalente a casi mil millones de toneladas de CO 2 gas de efecto invernadero al año. [ 13 ] Esto ocurre cuando la materia orgánica se acumula en el fondo del embalse debido a la desoxigenación del agua, lo que desencadena la digestión anaeróbica . [ 14 ]

Las personas que viven cerca de una central hidroeléctrica son desplazadas durante la construcción o cuando las orillas del embalse se vuelven inestables. [ 11 ] Otra posible desventaja es que los sitios culturales o religiosos pueden bloquear la construcción. [ 11 ] [ nota 2 ]

Aplicaciones

Un shishi-odoshi, impulsado por la caída del agua, rompe la tranquilidad de un jardín japonés con el sonido de un brazo de balancín de bambú golpeando una roca.

Energía mecánica

Molinos de agua

Molino de agua de Braine-le-Château , Bélgica (siglo XII)
Interior del molino de agua de Lyme Regis , Reino Unido (siglo XIV)

Un molino de agua es una estructura que utiliza energía hidráulica. Se trata de un molino que emplea una rueda hidráulica o una turbina para impulsar un proceso mecánico como la molienda , el laminado o el martilleo . Estos procesos son necesarios para la producción de numerosos bienes materiales, como harina , madera , papel , textiles y diversos productos metálicos . Entre estos molinos de agua se incluyen molinos harineros , aserraderos , fábricas de papel , fábricas textiles , molinos de martillos , molinos de martilleo , laminadoras y trefiladoras .

Una forma importante de clasificar los molinos de agua es según la orientación de la rueda (vertical u horizontal): algunos funcionan con una rueda hidráulica vertical mediante un mecanismo de engranajes , mientras que otros cuentan con una rueda hidráulica horizontal sin dicho mecanismo. El primer tipo se puede subdividir, según el punto de impacto del agua en las paletas de la rueda, en molinos de rueda hidráulica de flujo inferior, superior, de flujo frontal y de flujo inverso. Otra forma de clasificar los molinos de agua es según una característica esencial de su ubicación: los molinos de marea aprovechan el movimiento de la marea; los molinos de barco son molinos de agua instalados a bordo de un barco.

Los molinos de agua afectan la dinámica fluvial de los cursos de agua donde se instalan. Durante el tiempo que los molinos de agua operan, los canales tienden a sedimentarse , particularmente en las zonas de remanso . [ 15 ] También en la zona de remanso, aumentan los eventos de inundación y la sedimentación de las llanuras aluviales adyacentes . Sin embargo, con el tiempo, estos efectos se contrarrestan con el aumento de la altura de las riberas. [ 15 ] Donde se han retirado los molinos, aumenta la incisión del río y se profundizan los canales . [ 15 ]

Transporte ferroviario

Un ferrocarril de contrapeso hidráulico es un funicular , teleférico o cable ferroviario que utiliza el peso del agua para mover sus vagones.

Aire comprimido

Una abundante columna de agua puede generar aire comprimido directamente sin piezas móviles. En estos diseños, una columna de agua descendente se mezcla deliberadamente con burbujas de aire generadas por turbulencia o mediante un reductor de presión Venturi en la entrada superior. Esto permite que caiga por un pozo hasta una cámara subterránea de techo alto, donde el aire comprimido se separa del agua y queda atrapado. La altura de la columna de agua mantiene la compresión del aire en la parte superior de la cámara, mientras que una salida, sumergida bajo el nivel del agua, permite que el agua fluya de regreso a la superficie a un nivel inferior al de la entrada. Una salida independiente en el techo de la cámara suministra el aire comprimido. En 1910 se construyó una instalación basada en este principio en el río Montreal, en Ragged Shutes, cerca de Cobalt, Ontario , que suministraba 5000 caballos de fuerza a las minas cercanas. [ 16 ]

Electricidad

La hidroelectricidad es la principal aplicación de la energía hidroeléctrica. Genera aproximadamente el 15 % de la electricidad mundial y proporciona al menos el 50 % del suministro eléctrico total a más de 35 países. [ 17 ]  En 2021, la capacidad eléctrica hidroeléctrica instalada a nivel mundial alcanzó casi 1400 GW, la más alta entre todas las tecnologías de energía renovable. [ 18 ]

La generación de energía hidroeléctrica comienza con la conversión de la energía potencial del agua presente debido a la elevación del sitio o la energía cinética del agua en movimiento en energía eléctrica. [ 19 ]

Las centrales hidroeléctricas varían en cuanto a la forma en que obtienen energía. Un tipo consta de una presa y un embalse . El agua del embalse está disponible bajo demanda para generar electricidad al circular por canales que conectan la presa con el embalse. El agua hace girar una turbina, que está conectada al generador que produce electricidad. [ 19 ]

El otro tipo se denomina central hidroeléctrica de pasada. En este caso, se construye una presa para controlar el flujo de agua, en ausencia de un embalse . La central hidroeléctrica de pasada necesita un flujo de agua continuo y, por lo tanto, tiene menor capacidad para suministrar energía bajo demanda. La energía cinética del agua en movimiento es la principal fuente de energía. [ 19 ]

Ambos diseños presentan limitaciones. Por ejemplo, la construcción de una presa puede causar molestias a los residentes cercanos. La presa y los embalses ocupan una cantidad de espacio relativamente grande, lo que puede generar oposición por parte de las comunidades vecinas. [ 20 ] Además, los embalses pueden tener consecuencias ambientales importantes, como el daño a los hábitats aguas abajo. [ 19 ] Por otro lado, la limitación del proyecto de pasada es la menor eficiencia en la generación de electricidad, ya que el proceso depende de la velocidad del caudal estacional del río. Esto significa que la generación de electricidad aumenta durante la temporada de lluvias en comparación con la temporada seca. [ 21 ]

El tamaño de las centrales hidroeléctricas puede variar desde pequeñas centrales llamadas microhidroeléctricas hasta grandes centrales que suministran energía a todo un país. En 2019, las cinco centrales eléctricas más grandes del mundo eran centrales hidroeléctricas convencionales con represas. [ 22 ]

La energía hidroeléctrica también puede utilizarse para almacenar energía en forma de energía potencial entre dos embalses situados a diferentes alturas mediante el bombeo . El agua se bombea cuesta arriba hacia los embalses durante los periodos de baja demanda para ser liberada y utilizada para la generación cuando la demanda es alta o la generación del sistema es baja. [ 23 ]

Otras formas de generación de electricidad con energía hidroeléctrica incluyen generadores de corriente mareomotriz que utilizan la energía de las mareas generadas en océanos, ríos y sistemas de canales artificiales para generar electricidad. [ 19 ]

generación de energía hidroeléctrica
Compartir electricidad hidroeléctrica
hidrología per cápita
Cambio anual de la hidrología

Poder de la lluvia

Miles de millones de litros de agua de lluvia pueden caer, lo que puede generar enormes cantidades de energía eléctrica si se utiliza de la manera correcta. [ 24 ] Se están realizando investigaciones sobre los diferentes métodos de generación de energía a partir de la lluvia, como el uso de la energía del impacto de las gotas de lluvia. Esto se encuentra en sus etapas iniciales, con nuevas tecnologías emergentes que se están probando, prototipando y creando. Dicha energía se ha denominado energía de lluvia. [ 25 ] [ 26 ] Una forma en que esto se ha intentado es mediante el uso de paneles solares híbridos llamados "paneles solares para todo tipo de clima" que pueden generar electricidad tanto del sol como de la lluvia. [ 27 ]

Según el zoólogo y educador en ciencia y tecnología, Luis Villazón, un estudio francés de 2008 estimó que se podrían usar dispositivos piezoeléctricos , que generan energía al moverse, para extraer 12 milivatios de una gota de lluvia. En un año, esto equivaldría a menos de 1 Wh por metro cuadrado, suficiente para alimentar un sensor remoto. Villazón sugirió que una mejor aplicación sería recolectar el agua de la lluvia y usarla para accionar una turbina, con una generación de energía estimada de 3  kWh por año para un techo de 185 m² . [ 28 ] Un sistema basado en microturbinas creado por tres estudiantes de la Universidad Tecnológica de México se ha utilizado para generar electricidad. El sistema Pluvia "utiliza el flujo de agua de lluvia que cae de las canaletas de los techos de las casas para hacer girar una microturbina en una carcasa cilíndrica. La electricidad generada por esa turbina se usa para cargar baterías de 12 voltios". [ 29 ]

El término energía pluvial también se ha aplicado a los sistemas hidroeléctricos que incluyen el proceso de captación de la lluvia. [ 24 ] [ 28 ]

Historia

Historia antigua

Un pistón de agua del Nongshu , obra de Wang Zhen (activo entre 1290 y 1333).
Cataratas de San Antonio , Estados Unidos ; aquí se utilizaba energía hidroeléctrica para moler harina.
Molino de mineral accionado directamente por agua, finales del siglo XIX.

La evidencia sugiere que los fundamentos de la energía hidroeléctrica se remontan a la antigua civilización griega . [ 30 ] Otra evidencia indica que la rueda hidráulica surgió de forma independiente en China alrededor del mismo período. [ 30 ] La evidencia de ruedas hidráulicas y molinos de agua se remonta al antiguo Cercano Oriente en el siglo IV a. C. [ 31 ] Además, la evidencia indica el uso de energía hidroeléctrica mediante máquinas de irrigación en civilizaciones antiguas como Sumeria y Babilonia . [ 11 ] Los estudios sugieren que la rueda hidráulica fue la forma inicial de energía hidráulica. [ 11 ]

En el Imperio Romano , Vitruvio describió los molinos hidráulicos en el siglo I a. C. [ 32 ] El molino de Barbegal , ubicado en la actual Francia, tenía 16 ruedas hidráulicas que procesaban hasta 28 toneladas de grano por día. [ 4 ] Las ruedas hidráulicas romanas también se usaban para serrar mármol, como el aserradero de Hierápolis de finales del siglo III d. C. [ 33 ] Dichos aserraderos tenían una rueda hidráulica que accionaba dos bielas para hacer funcionar dos sierras. También aparece en dos aserraderos romanos orientales del siglo VI excavados en Éfeso y Gerasa , respectivamente. El mecanismo de biela y manivela de estos molinos hidráulicos romanos convertía el movimiento giratorio de la rueda hidráulica en el movimiento lineal de las hojas de sierra. [ 34 ]

En China, durante la dinastía Han (202  a. C. – 220  d. C.), se creía inicialmente que los martillos hidráulicos y los fuelles funcionaban con palas de agua . [ 35 ] Sin embargo, algunos historiadores sugirieron que funcionaban con ruedas hidráulicas. Esto se debe a que se teorizó que las palas de agua no habrían tenido la fuerza motriz suficiente para accionar los fuelles de los altos hornos . [ 36 ] Muchos textos describen la rueda hidráulica Hun; algunos de los más antiguos son el diccionario Jijiupian del 40 a.  C., el texto de Yang Xiong conocido como Fangyan del 15  a. C., así como Xin Lun, escrito por Huan Tan alrededor del 20 d. C. [ 37 ] También durante esta época, el ingeniero Du Shi (c. 31  d. C.  ) aplicó la energía de las ruedas hidráulicas a los fuelles de pistón en la forja de hierro fundido. [ 37 ]

Textos antiguos de la India que datan del siglo IV a. C. hacen referencia al término cakkavattaka (rueda giratoria), que los comentarios explican como arahatta-ghati-yanta (máquina con recipientes para ruedas acoplados); sin embargo, los estudiosos debaten si funciona con agua o manualmente [ 31 ]. Sobre esta base, Joseph Needham sugirió que la máquina era una noria . Terry S. Reynolds, sin embargo, argumenta que el término utilizado en los textos indios es ambiguo y no indica claramente un dispositivo accionado por agua. Thorkild Schiøler sostuvo que es más probable que estos pasajes se refieran a algún tipo de dispositivo para elevar agua accionado con pedal o manualmente, en lugar de una rueda hidráulica para elevar agua.

Según fuentes griegas, la India recibió molinos de agua y baños romanos a principios del siglo IV d. C. [ 38 ] Presas, aliviaderos, embalses, canales y sistemas de gestión del agua se desarrollarían en la India durante los imperios Maurya , Gupta y Chola . [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]

Otro ejemplo del uso temprano de la energía hidroeléctrica se observa en el método de extracción por inundación , una técnica minera histórica que utiliza la fuerza de las inundaciones o los torrentes de agua para revelar vetas minerales. Este método se empleó por primera vez en las minas de oro de Dolaucothi, en Gales , a partir del año 75 d. C. Posteriormente, se desarrolló en España en minas como Las Médulas . El método de extracción por inundación también se utilizó ampliamente en Gran Bretaña durante la Edad Media y épocas posteriores para extraer minerales de plomo y estaño . Más tarde, evolucionó hacia la minería hidráulica durante la Fiebre del Oro de California en el siglo XIX. [ 42 ]

El Imperio Islámico abarcaba una gran región, principalmente en Asia y África, junto con otras áreas circundantes. [ 43 ] Durante la Edad de Oro Islámica y la Revolución Agrícola Árabe (siglos VIII-XIII), la energía hidroeléctrica se utilizó y desarrolló ampliamente. Los primeros usos de la energía mareomotriz surgieron junto con grandes complejos de fábricas hidráulicas. [ 44 ] En la región se utilizaba una amplia gama de molinos industriales impulsados ​​por agua, incluyendo batanes , molinos harineros , fábricas de papel , descascaradoras , aserraderos , astilleros , molinos de estampación , acerías , ingenios azucareros y molinos de mareas . Para el siglo XI, todas las provincias del Imperio Islámico tenían estos molinos industriales en funcionamiento, desde Al-Ándalus y el norte de África hasta Asia Occidental y Asia Central . [ 45 ] : 10 Los ingenieros musulmanes también utilizaron turbinas de agua mientras empleaban engranajes en molinos de agua y máquinas de elevación de agua. También fueron pioneros en el uso de represas como fuente de energía hidráulica, utilizadas para proporcionar energía adicional a molinos de agua y máquinas de elevación de agua. [ 46 ] Las técnicas de irrigación islámicas, incluidas las ruedas persas , se introducirían en la India y se combinarían con métodos locales durante el Sultanato de Delhi y el Imperio mogol . [ 47 ]

Además, en su libro El Libro del Conocimiento de los Ingeniosos Dispositivos Mecánicos , el ingeniero mecánico musulmán Al-Jazari (1136-1206) describió diseños para 50 dispositivos. Muchos de estos dispositivos funcionaban con agua, incluyendo relojes, un dispositivo para servir vino y cinco dispositivos para elevar agua de ríos o estanques, tres de los cuales eran impulsados ​​por animales y uno podía ser impulsado por animales o agua. Asimismo, incluían una cinta transportadora sin fin con jarras acopladas, un shadoof (una herramienta de irrigación similar a una grúa) impulsado por vacas y un dispositivo alternativo con válvulas articuladas. [ 48 ]

Benoît Fourneyron, el ingeniero francés que desarrolló la primera turbina hidroeléctrica.

siglo XIX

En el siglo XIX, el ingeniero francés Benoît Fourneyron desarrolló la primera turbina hidroeléctrica. Este dispositivo se implementó en la planta comercial de las Cataratas del Niágara en 1895 y todavía está en funcionamiento. [ 11 ] A principios del siglo XX, el ingeniero inglés William Armstrong construyó y operó la primera central eléctrica privada, ubicada en su casa en Cragside , Northumberland , Inglaterra. [ 11 ] En 1753, el ingeniero francés Bernard Forest de Bélidor publicó su libro, Arquitectura Hidráulica , que describía máquinas hidráulicas de eje vertical y de eje horizontal. [ 49 ]

La creciente demanda de la Revolución Industrial también impulsaría el desarrollo. [ 50 ] Al comienzo de la Revolución Industrial en Gran Bretaña, el agua era la principal fuente de energía para nuevos inventos como la máquina de montar de agua de Richard Arkwright . [ 51 ] Aunque la energía hidráulica dio paso a la energía de vapor en muchos de los molinos y fábricas más grandes, todavía se utilizó durante los siglos XVIII y XIX para muchas operaciones más pequeñas, como accionar los fuelles en pequeños altos hornos (por ejemplo, el horno de Dyfi ) y molinos harineros , como los construidos en Saint Anthony Falls , que utiliza la caída de 50 pies (15 m) en el río Misisipi . [ 52 ] [ 51 ] 

Los avances tecnológicos transformaron la rueda de agua abierta en una turbina cerrada o motor de agua . En 1848, el ingeniero británico-estadounidense James B. Francis , ingeniero jefe de la compañía Lowell's Locks and Canals, mejoró estos diseños para crear una turbina con un 90 % de eficiencia. [ 53 ] Aplicó principios científicos y métodos de prueba al problema del diseño de turbinas. Sus métodos de cálculo matemáticos y gráficos permitieron el diseño seguro de turbinas de alta eficiencia que se ajustaban exactamente a las condiciones de flujo específicas de un sitio. La turbina de reacción Francis todavía está en uso. En la década de 1870, a partir de los usos en la industria minera de California, Lester Allan Pelton desarrolló la turbina de impulso de rueda Pelton de alta eficiencia , que utilizaba la energía hidroeléctrica de los arroyos de gran altura característicos de Sierra Nevada .

siglo XX

La historia moderna de la energía hidroeléctrica comienza en la década de 1900, con la construcción de grandes represas no solo para abastecer de energía a molinos o fábricas vecinas [ 54 ] , sino también para proporcionar electricidad a gran escala a grupos de personas cada vez más distantes. La competencia impulsó gran parte de la fiebre hidroeléctrica mundial: Europa compitió consigo misma para ser la primera en electrificar, y las centrales hidroeléctricas de Estados Unidos en las Cataratas del Niágara y Sierra Nevada inspiraron creaciones más grandes y audaces en todo el mundo. [ 55 ] Los financieros y expertos en energía hidroeléctrica estadounidenses y soviéticos también difundieron las bondades de las represas y la hidroelectricidad por todo el mundo durante la Guerra Fría , contribuyendo a proyectos como la Presa de las Tres Gargantas y la Presa Alta de Asuán . [ 56 ] Satisfacer el deseo de electrificación a gran escala con agua requería inherentemente grandes represas en ríos caudalosos, [ 57 ] lo que afectó los intereses públicos y privados aguas abajo y en las zonas de inundación. [ 58 ] Inevitablemente, las comunidades más pequeñas y los grupos marginados sufrieron las consecuencias. No pudieron resistir con éxito que las empresas los desalojaran de sus hogares o bloquearan los pasos tradicionales del salmón . [ 59 ] El agua estancada creada por las represas hidroeléctricas proporciona un caldo de cultivo para plagas y patógenos , lo que provoca epidemias locales . [ 60 ] Sin embargo, en algunos casos, una necesidad mutua de energía hidroeléctrica podría conducir a la cooperación entre naciones que de otro modo serían adversarias. [ 61 ]

La tecnología y la actitud hacia la energía hidroeléctrica comenzaron a cambiar en la segunda mitad del siglo XX. Si bien los países habían abandonado en gran medida sus pequeños sistemas hidroeléctricos para la década de 1930, las centrales hidroeléctricas más pequeñas comenzaron a resurgir en la década de 1970, impulsadas por subsidios gubernamentales y un impulso hacia productores de energía más independientes. [ 57 ] Algunos políticos que alguna vez abogaron por grandes proyectos hidroeléctricos en la primera mitad del siglo XX comenzaron a manifestarse en contra de ellos, y los grupos ciudadanos que se organizaban contra los proyectos de represas aumentaron. [ 62 ]

En las décadas de 1980 y 1990, el movimiento internacional contra las represas hizo que encontrar inversores gubernamentales o privados para nuevos proyectos hidroeléctricos de gran envergadura fuera increíblemente difícil, y dio lugar a la aparición de ONG dedicadas a la lucha contra las represas. [ 63 ] Además, mientras que el costo de otras fuentes de energía disminuyó, el costo de construir nuevas represas hidroeléctricas aumentó un 4% anual entre 1965 y 1990, debido tanto al aumento de los costos de construcción como a la disminución de los sitios de construcción de alta calidad. [ 64 ] En la década de 1990, solo el 18% de la electricidad mundial provenía de la energía hidroeléctrica. [ 65 ] La producción de energía mareomotriz también surgió en la década de 1960 como un sistema hidroeléctrico alternativo en auge, aunque todavía no se ha consolidado como un competidor energético fuerte. [ 66 ]

Estados Unidos

Especialmente al comienzo del experimento hidroeléctrico estadounidense, ingenieros y políticos iniciaron grandes proyectos hidroeléctricos para resolver un problema de "potencial desperdiciado" en lugar de para abastecer de energía a una población que necesitaba electricidad. Cuando la Niagara Falls Power Company comenzó a estudiar la construcción de una represa en Niagara, el primer gran proyecto hidroeléctrico en los Estados Unidos, en la década de 1890, lucharon por transportar la electricidad desde las cataratas lo suficientemente lejos como para llegar a suficientes personas y justificar la instalación. El proyecto tuvo éxito en gran parte gracias a la invención del motor de corriente alterna por Nikola Tesla . [ 67 ] [ 68 ] En el otro extremo del país, ingenieros de San Francisco , el Sierra Club y el gobierno federal lucharon por el uso aceptable del valle de Hetch Hetchy . A pesar de la supuesta protección dentro de un parque nacional, los ingenieros municipales lograron obtener los derechos de agua y energía en el valle de Hetch Hetchy en 1913. Tras su victoria, suministraron energía hidroeléctrica y agua de Hetch Hetchy a San Francisco una década después, al doble del costo prometido, vendiendo la energía a PG&E , que la revendió a los residentes de San Francisco con ganancias. [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]

El Oeste americano, con sus ríos de montaña y la escasez de carbón, recurrió a la energía hidroeléctrica desde muy pronto y con frecuencia, especialmente a lo largo del río Columbia y sus afluentes. La Oficina de Recuperación construyó la presa Hoover en 1931, vinculando simbólicamente las prioridades de creación de empleo y crecimiento económico del New Deal . [ 72 ] El gobierno federal rápidamente siguió a Hoover con la presa Shasta y la presa Grand Coulee . La demanda de energía en Oregón no justificó la construcción de presas en el Columbia hasta que la Primera Guerra Mundial reveló las debilidades de una economía energética basada en el carbón. El gobierno federal comenzó entonces a priorizar la energía interconectada, y en grandes cantidades. [ 73 ] La electricidad de las tres presas se destinó a la producción bélica durante la Segunda Guerra Mundial . [ 74 ]

Tras la guerra, la presa Grand Coulee y los proyectos hidroeléctricos asociados electrificaron casi toda la cuenca rural del Columbia , pero no lograron mejorar la vida de sus habitantes y agricultores como habían prometido sus promotores, y además dañaron el ecosistema fluvial y las poblaciones de salmón migratorio. También en la década de 1940, el gobierno federal aprovechó la enorme cantidad de energía y agua no utilizadas de la presa Grand Coulee para construir una central nuclear en las orillas del Columbia. Esta central filtró material radiactivo al río, contaminando toda la zona. [ 75 ]

Los estadounidenses de la posguerra, especialmente los ingenieros de la Autoridad del Valle de Tennessee , reorientaron sus esfuerzos, pasando de la simple construcción de represas nacionales a la promoción de la energía hidroeléctrica en el extranjero. [ 76 ] [ 77 ] Si bien la construcción de represas nacionales continuó hasta bien entrada la década de 1970, con la Oficina de Recuperación y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército construyendo más de 150 nuevas represas en todo el oeste estadounidense, [ 76 ] la oposición organizada a las represas hidroeléctricas surgió en las décadas de 1950 y 1960 debido a preocupaciones ambientales. Los movimientos ambientalistas lograron paralizar proyectos de represas hidroeléctricas en el Monumento Nacional Dinosaurio y el Gran Cañón , y obtuvieron más herramientas para combatir la energía hidroeléctrica con la legislación ambiental de la década de 1970. A medida que la energía nuclear y los combustibles fósiles crecieron en las décadas de 1970 y 1980, y los activistas ambientales impulsaron la restauración de los ríos, la importancia de la energía hidroeléctrica disminuyó gradualmente en Estados Unidos. [ 78 ]

África

Las potencias extranjeras y las OIG han utilizado frecuentemente los proyectos hidroeléctricos en África como herramienta para interferir en el desarrollo económico de los países africanos, como el Banco Mundial con las represas de Kariba y Akosombo , y la Unión Soviética con la represa de Asuán . [ 79 ] El río Nilo, en particular, ha sufrido las consecuencias de que tanto los países ribereños como los actores extranjeros distantes utilicen el río para expandir su poder económico o su influencia nacional. Tras la ocupación británica de Egipto en 1882, los británicos colaboraron con Egipto en la construcción de la primera represa de Asuán, [ 80 ] que ampliaron en 1912 y 1934 para intentar contener las crecidas del Nilo. El ingeniero egipcio Adriano Daninos desarrolló un plan para la represa alta de Asuán, inspirado en la represa multipropósito de la Autoridad del Valle de Tennessee.

Cuando Gamal Abdel Nasser tomó el poder en la década de 1950, su gobierno decidió emprender el proyecto de la Presa Alta, promoviéndolo como un proyecto de desarrollo económico. [ 77 ] Después de que la negativa estadounidense a ayudar a financiar la presa, y el sentimiento antibritánico en Egipto y los intereses británicos en el vecino Sudán se combinaron para hacer que el Reino Unido también se retirara, la Unión Soviética financió la Presa Alta de Asuán. [ 81 ] Entre 1977 y 1990 las turbinas de la presa generaron un tercio de la electricidad de Egipto. [ 82 ] La construcción de la Presa de Asuán desencadenó una disputa entre Sudán y Egipto por el reparto del Nilo, especialmente porque la presa inundó parte de Sudán y disminuyó el volumen de agua disponible para ellos. Etiopía , también ubicada en el Nilo, aprovechó las tensiones de la Guerra Fría para solicitar asistencia de Estados Unidos para sus propias inversiones en irrigación y energía hidroeléctrica en la década de 1960. [ 83 ] Si bien el progreso se estancó debido al golpe de estado de 1974 y a la posterior guerra civil etíope de 17 años, Etiopía comenzó la construcción de la Gran Presa del Renacimiento Etíope en 2011. [ 84 ]

Más allá del Nilo, los proyectos hidroeléctricos abarcan los ríos y lagos de África. La central hidroeléctrica de Inga, en el río Congo , se había debatido desde la colonización belga a finales del siglo XIX y se construyó con éxito tras la independencia. El gobierno de Mobutu no realizó un mantenimiento regular de las centrales y su capacidad disminuyó hasta que la creación en 1995 del Southern African Power Pool creó una red eléctrica multinacional y un programa de mantenimiento de centrales. [ 85 ] Los Estados con abundantes recursos hidroeléctricos, como la República Democrática del Congo y Ghana , suelen vender el excedente de energía a países vecinos. [ 86 ] Actores extranjeros, como las empresas hidroeléctricas chinas, han propuesto una cantidad significativa de nuevos proyectos hidroeléctricos en África, [ 63 ] y ya han financiado y asesorado en muchos otros en países como Mozambique y Ghana. [ 86 ]

La energía hidroeléctrica a pequeña escala también desempeñó un papel importante en la electrificación de África a principios del siglo XX. En Sudáfrica, pequeñas turbinas alimentaron minas de oro y el primer ferrocarril eléctrico en la década de 1890, y los agricultores zimbabuenses instalaron pequeñas centrales hidroeléctricas en la década de 1930. Si bien el interés disminuyó a medida que mejoraron las redes nacionales en la segunda mitad del siglo, los gobiernos nacionales del siglo XXI en países como Sudáfrica y Mozambique, así como las ONG que prestan servicios en países como Zimbabue, han comenzado a explorar nuevamente la energía hidroeléctrica a pequeña escala para diversificar las fuentes de energía y mejorar la electrificación rural. [ 87 ]

Europa

A principios del siglo XX, dos factores principales impulsaron la expansión de la energía hidroeléctrica en Europa: en los países del norte, Noruega y Suecia , las abundantes lluvias y las montañas demostraron ser recursos excepcionales para la generación de energía hidroeléctrica, y en el sur, la escasez de carbón obligó a los gobiernos y a las empresas de servicios públicos a buscar fuentes de energía alternativas. [ 88 ]

Desde sus inicios, Suiza represó los ríos alpinos y el Rin suizo , creando, junto con Italia y Escandinavia , una carrera por la energía hidroeléctrica en el sur de Europa. [ 89 ] En el valle del Po , en Italia , la principal transición del siglo XX no fue la creación de energía hidroeléctrica, sino la transición de la energía hidroeléctrica mecánica a la eléctrica. En la década de 1890, 12 000 molinos de agua funcionaban en la cuenca del Po, pero la primera central hidroeléctrica comercial, terminada en 1898, marcó el fin del reinado mecánico. [ 90 ] Estas nuevas y grandes centrales trasladaron la energía de las zonas rurales montañosas a los centros urbanos de la llanura. Italia priorizó la electrificación temprana, casi a nivel nacional, casi exclusivamente mediante energía hidroeléctrica, lo que impulsó su ascenso como potencia europea e imperial dominante. Sin embargo, no lograron establecer ningún estándar concluyente para determinar los derechos de agua antes de la Primera Guerra Mundial. [ 91 ] [ 90 ]

La construcción moderna de represas hidroeléctricas en Alemania se basó en una historia de pequeñas represas que alimentaban minas y molinos en el siglo XV. Algunos sectores de la industria alemana dependieron más de las ruedas hidráulicas que del vapor hasta la década de 1870. [ 92 ] El gobierno alemán no se propuso construir grandes represas como las de Urft , Möhne y Eder , anteriores a la guerra , para expandir la energía hidroeléctrica: su objetivo principal era reducir las inundaciones y mejorar el riego. [ 93 ] Sin embargo, la energía hidroeléctrica pronto se convirtió en una ventaja adicional para todas estas represas, especialmente en el sur, pobre en carbón. Baviera incluso logró una red eléctrica estatal al represar el lago Walchensee en 1924, inspirada en parte por la pérdida de reservas de carbón tras la Primera Guerra Mundial. [ 94 ]

La energía hidroeléctrica se convirtió en un símbolo de orgullo regional y de aversión hacia los "barones del carbón" del norte, aunque el norte también sentía un gran entusiasmo por ella. [ 95 ] La construcción de represas aumentó rápidamente después de la Segunda Guerra Mundial, con el objetivo de incrementar la energía hidroeléctrica. [ 96 ] Sin embargo, la construcción de represas y la expansión de la energía hidroeléctrica estuvieron acompañadas de conflictos: los intereses agrarios sufrieron la disminución del riego, los pequeños molinos perdieron caudal de agua y diferentes grupos de interés lucharon por la ubicación de las represas, controlando quiénes se beneficiaban y a quiénes inundaban. [ 97 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Tomando la densidad del agua como 1000 kilogramos por metro cúbico (62,5 libras por pie cúbico) y la aceleración debida a la gravedad como 9,81 metros por segundo al cuadrado.
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  • IEC TC 4: Turbinas hidráulicas (Comisión Electrotécnica Internacional – Comité Técnico 4) Portal de IEC TC 4 con acceso al alcance, documentos y sitio web de TC 4. Archivado el 27 de abril de 2015 en Wayback Machine.
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