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energía hidroeléctrica

La presa de las Tres Gargantas, en el centro de China, es la mayor central hidroeléctrica del mundo de cualquier tipo. La energía hidroeléctrica , o energía hidroeléctrica , es ...

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La presa de las Tres Gargantas, en el centro de China, es la mayor central hidroeléctrica del mundo de cualquier tipo.

La energía hidroeléctrica , o energía hidroeléctrica , es la electricidad generada a partir de la energía hidráulica . La energía hidroeléctrica suministra el 15 % de la electricidad mundial , casi 4210 TWh en 2023, [ 1 ] lo que representa más que todas las demás fuentes renovables combinadas y también más que la energía nuclear . [ 2 ] La energía hidroeléctrica puede proporcionar grandes cantidades de electricidad baja en carbono bajo demanda, lo que la convierte en un elemento clave para la creación de sistemas de suministro eléctrico seguros y limpios. [ 2 ] Una central hidroeléctrica con presa y embalse es una fuente flexible, ya que la cantidad de electricidad producida puede aumentarse o disminuirse en segundos o minutos en respuesta a la demanda variable de electricidad. Una vez construido un complejo hidroeléctrico, no produce residuos directos y casi siempre emite considerablemente menos gases de efecto invernadero que las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles . [ 3 ] Sin embargo, cuando se construye en zonas de selva tropical de tierras bajas , donde parte del bosque está inundado, se pueden emitir cantidades sustanciales de gases de efecto invernadero. [ 4 ] 

La construcción de un complejo hidroeléctrico puede tener un impacto ambiental significativo, principalmente en la pérdida de tierras cultivables y el desplazamiento de la población . [ 5 ] [ 6 ] También alteran la ecología natural del río involucrado, afectando los hábitats y ecosistemas, así como los patrones de sedimentación y erosión. Si bien las represas pueden mitigar los riesgos de inundación, su falla puede ser catastrófica.

En 2021, la capacidad eléctrica hidroeléctrica instalada a nivel mundial alcanzó casi 1400  GW, la más alta entre todas las tecnologías de energía renovable. [ 7 ] La hidroelectricidad desempeña un papel protagónico en países como Brasil, Noruega y China. [ 8 ] pero existen limitaciones geográficas y problemas ambientales. [ 9 ] La energía mareomotriz puede utilizarse en regiones costeras.

China añadió 24  GW en 2022, lo que representa casi tres cuartas partes del aumento de la capacidad hidroeléctrica mundial. Europa añadió 2  GW, la mayor cantidad para la región desde 1990. Mientras tanto, a nivel mundial, la generación hidroeléctrica aumentó en 70  TWh (un 2 %) en 2022 y sigue siendo la mayor fuente de energía renovable, superando a todas las demás tecnologías combinadas. [ 10 ]

Historia

Museo Central hidroeléctrica "Bajo la ciudad" en Užice , Serbia , construida en 1900 [ 11 ]

El uso de la energía hidroeléctrica y el agua para generar energía mecánica se remonta al año 202 a. C. en la antigua China y la dinastía Han [ 12 ] [ 13 ] . A finales del siglo XVIII, la energía hidráulica proporcionó la fuente de energía necesaria para el inicio de la Revolución Industrial . [ 14 ] A mediados del siglo XVIII, el ingeniero francés Bernard Forest de Bélidor publicó Architecture Hydraulique , que describía máquinas hidráulicas de eje vertical y horizontal, y en 1771 la combinación de energía hidráulica , el marco hidráulico y la producción continua de Richard Arkwright desempeñó un papel importante en el desarrollo del sistema fabril, con prácticas de empleo modernas. [ 15 ] En la década de 1840, se desarrollaron redes de energía hidráulica para generar y transmitir energía hidroeléctrica a los usuarios finales.

A finales del siglo XIX, se desarrolló el generador eléctrico y ahora podía acoplarse con sistemas hidráulicos. [ 16 ] La creciente demanda derivada de la Revolución Industrial también impulsaría el desarrollo. [ 17 ] En 1878, William Armstrong desarrolló el primer sistema hidroeléctrico del mundo en Cragside, Northumberland , Inglaterra . Se utilizó para alimentar una sola lámpara de arco en su galería de arte. [ 18 ] La antigua central eléctrica Schoelkopf n.° 1 , en EE. UU., cerca de las cataratas del Niágara , comenzó a producir electricidad en 1881. El 5 de septiembre de 1882, los generadores de las cataratas de San Antonio en el río Misisipi enviaron energía para encender lámparas de arco a lo largo de la avenida Washington en Minneapolis, Minnesota [ 19 ] . La primera central hidroeléctrica de Edison , la planta de Vulcan Street , comenzó a operar el 30 de septiembre de 1882 en Appleton, Wisconsin , con una producción de aproximadamente 12,5 kilovatios. [ 20 ] En 1886 había 45 centrales hidroeléctricas en Estados Unidos y Canadá; y en 1889 había 200 solo en Estados Unidos. [ 16 ]

La casa generadora hidráulica del Castillo de Warwick , utilizada para la generación de electricidad para el castillo desde 1894 hasta 1940.

A principios del siglo XX, muchas pequeñas centrales hidroeléctricas estaban siendo construidas por empresas comerciales en montañas cercanas a áreas metropolitanas. Grenoble , Francia, albergó la Exposición Internacional de Energía Hidroeléctrica y Turismo , [ 21 ] con más de un millón de visitantes en 1925. Para 1920, cuando el 40% de la energía producida en los Estados Unidos era hidroeléctrica, se promulgó la Ley Federal de Energía . La Ley creó la Comisión Federal de Energía para regular las centrales hidroeléctricas en tierras y aguas federales. A medida que las centrales eléctricas se hicieron más grandes, sus presas asociadas desarrollaron propósitos adicionales, incluyendo el control de inundaciones , el riego y la navegación . La financiación federal se volvió necesaria para el desarrollo a gran escala, y se crearon corporaciones de propiedad federal, como la Autoridad del Valle de Tennessee (1933) y la Administración de Energía de Bonneville (1937). [ 17 ] Además, la Oficina de Recuperación, que había comenzado una serie de proyectos de riego en el oeste de los Estados Unidos a principios del siglo XX, estaba construyendo grandes proyectos hidroeléctricos como la Presa Hoover de 1928 . [ 22 ] El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos también participó en el desarrollo hidroeléctrico, completando la presa de Bonneville en 1937 y siendo reconocido por la Ley de Control de Inundaciones de 1936 como la principal agencia federal de control de inundaciones. [ 23 ]

Las centrales hidroeléctricas continuaron aumentando de tamaño a lo largo del siglo XX. La energía hidroeléctrica se denominaba "carbón blanco". [ 24 ] La central eléctrica inicial de la presa Hoover, de 1345 MW, fue la central hidroeléctrica más grande del mundo en 1936; fue superada por la presa Grand Coulee, de 6809 MW, en 1942. [ 25 ] La presa de Itaipú se inauguró en 1984 en Sudamérica como la más grande, produciendo 14 GW , pero fue superada en 2008 por la presa de las Tres Gargantas en China, con 22,5 GW . La energía hidroeléctrica llegaría a suministrar a algunos países, como Noruega , la República Democrática del Congo , Paraguay y Brasil , más del 85 % de su electricidad.

Potencial futuro

En 2021, la Agencia Internacional de Energía (AIE) afirmó que se necesitan más esfuerzos para ayudar a limitar el cambio climático . [ 26 ] Algunos países han desarrollado en gran medida su potencial hidroeléctrico y tienen muy poco margen de crecimiento: Suiza produce el 88% de su potencial y México el 80%. [ 27 ] En 2022, la AIE publicó una previsión del escenario principal de un aumento de 141  GW generados por energía hidroeléctrica entre 2022 y 2027, cifra ligeramente inferior al aumento logrado entre 2017 y 2022. Debido a que los permisos ambientales y los tiempos de construcción son prolongados, estiman que el aumento de la energía hidroeléctrica seguirá siendo limitado,  considerándose posible solo 40 GW adicionales en el escenario acelerado. [ 7 ]

Modernización de la infraestructura existente

En 2021, la IEA afirmó que se requieren importantes reformas de modernización. [ 2 ] : 67

Métodos de generación

Sección transversal de una presa hidroeléctrica convencional.
Almacenamiento por bombeo
Río de recreo
De marea

Convencionales (presas)

La mayor parte de la energía hidroeléctrica proviene de la energía potencial del agua represada , que impulsa una turbina hidráulica y un generador . La energía extraída del agua depende del volumen y de la diferencia de altura entre la fuente y la salida del agua. Esta diferencia de altura se denomina altura de caída . Una tubería grande (la " tubería forzada ") transporta el agua desde el embalse hasta la turbina. [ 28 ]

Almacenamiento por bombeo

Este método produce electricidad para satisfacer las altas demandas máximas moviendo agua entre embalses a diferentes alturas. En momentos de baja demanda eléctrica, la capacidad de generación excedente se utiliza para bombear agua al embalse superior, proporcionando así una respuesta a la demanda . [ 2 ] Cuando la demanda aumenta, el agua se libera de nuevo al embalse inferior a través de una turbina. En 2021, los sistemas de almacenamiento por bombeo proporcionaron casi el 85 % de los 190  GW de almacenamiento de energía en la red del mundo [ 2 ] y mejoran el factor de capacidad diario del sistema de generación. El almacenamiento por bombeo no es una fuente de energía y aparece como un número negativo en los listados. [ 29 ]

Río de recreo

Las centrales hidroeléctricas de pasada son aquellas con poca o ninguna capacidad de embalse, por lo que solo el agua proveniente de aguas arriba está disponible para la generación en ese momento, y cualquier excedente debe pasar sin ser utilizado. Un suministro constante de agua proveniente de un lago o embalse existente aguas arriba es una ventaja significativa a la hora de elegir emplazamientos para centrales de pasada. [ 30 ]

Marea

Una central mareomotriz aprovecha el ascenso y descenso diario del agua del océano debido a las mareas; estas fuentes son altamente predecibles y, si las condiciones permiten la construcción de embalses, también pueden utilizarse para generar energía durante períodos de alta demanda. Otros tipos menos comunes de centrales hidroeléctricas utilizan la energía cinética del agua o fuentes no represadas, como las ruedas hidráulicas de flujo inferior . La energía mareomotriz es viable en un número relativamente pequeño de lugares en todo el mundo. [ 31 ]

Conducto

Las centrales hidroeléctricas de conducto utilizan la energía mecánica del agua como parte del sistema de suministro de agua a través de conductos artificiales para generar electricidad. Generalmente, los conductos son tuberías de agua existentes , como las del suministro público de agua . [ 32 ] Algunas definiciones amplían la definición de conductos para incluir túneles, canales o acueductos existentes que se utilizan principalmente para otros fines de suministro de agua que no sean la generación de electricidad. [ 33 ] [ 34 ]

Tamaños, tipos y capacidades de las instalaciones hidroeléctricas

La clasificación de las centrales hidroeléctricas comienza con dos categorías de nivel superior: [ 35 ]

  • pequeñas centrales hidroeléctricas ( SHP ) y
  • grandes centrales hidroeléctricas (LHP).

La clasificación de una planta como SHP o LHP se basa principalmente en su capacidad nominal ; el umbral varía según el país, pero en cualquier caso una planta con una capacidad de 50  MW o más se considera una LHP. [ 36 ] Por ejemplo, para China, la potencia SHP es inferior a 25  MW, para India, inferior a 15  MW, y para la mayor parte de Europa, inferior a 10  MW. [ 37 ]

Las categorías SHP y LHP se subdividen a su vez en muchas subcategorías que no son mutuamente excluyentes. [ 36 ] Por ejemplo, una central hidroeléctrica de baja altura con una altura hidrostática de pocos metros a pocas decenas de metros puede clasificarse como SHP o LHP. [ 38 ] La otra distinción entre SHP y LHP es el grado de regulación del caudal: una SHP típica utiliza principalmente el caudal natural con muy poca regulación en comparación con una LHP. Por lo tanto, el término SHP se usa frecuentemente como sinónimo de central hidroeléctrica de pasada . [ 36 ]

Grandes instalaciones

Las centrales hidroeléctricas son los mayores productores de energía del mundo, y algunas de ellas son capaces de generar más del doble de la capacidad instalada de las centrales nucleares más grandes actuales .

Aunque no existe una definición oficial para el rango de capacidad de las grandes centrales hidroeléctricas, las instalaciones de más de unos pocos cientos de megavatios generalmente se consideran grandes centrales hidroeléctricas. [ 39 ]

Actualmente, solo siete instalaciones de más de 10 GW ( 10 000 MW ) están en funcionamiento en todo el mundo, véase la tabla a continuación. [ 40 ]

Vista panorámica de la represa de Itaipú , con los aliviaderos (cerrados al momento de la foto) a la izquierda. En 1994, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles eligió la represa de Itaipú como una de las Siete Maravillas del Mundo Moderno . [ 41 ]

Pequeño

La minihidroeléctrica es aquella que abastece de energía hidroeléctrica a una pequeña comunidad o planta industrial. La definición de un minihidroeléctrico varía, pero generalmente se acepta como límite superior una capacidad de generación de hasta 10 megavatios (MW). Este límite puede extenderse a 25 MW y 30 MW en Canadá y Estados Unidos. [ 42 ] [ 43 ]

Una instalación microhidroeléctrica en Vietnam
Pico hidroeléctrico en Mondulkiri , Camboya

Las pequeñas centrales hidroeléctricas pueden conectarse a las redes de distribución eléctrica convencionales como fuente de energía renovable de bajo costo. Alternativamente, los proyectos de pequeña hidroeléctrica pueden construirse en áreas aisladas que no serían rentables para abastecer desde la red eléctrica, o en áreas donde no existe una red nacional de distribución eléctrica. Dado que los proyectos de pequeña hidroeléctrica generalmente requieren embalses y obras civiles mínimas, se considera que tienen un impacto ambiental relativamente bajo en comparación con las grandes centrales hidroeléctricas. Este menor impacto ambiental depende en gran medida del equilibrio entre el caudal del río y la producción de energía. [ 44 ]

Micro

La microhidroeléctrica se refiere a instalaciones hidroeléctricas que normalmente producen hasta 100 kW de potencia. Estas instalaciones pueden suministrar energía a una vivienda aislada o a una pequeña comunidad, o bien están conectadas a redes eléctricas. Existen muchas de estas instalaciones en todo el mundo, especialmente en países en desarrollo, ya que pueden proporcionar una fuente de energía económica sin necesidad de comprar combustible. [ 45 ] Los sistemas microhidroeléctricos complementan los sistemas de energía solar fotovoltaica porque en muchas zonas el caudal de agua, y por lo tanto la energía hidroeléctrica disponible, es mayor en invierno, cuando la energía solar es mínima.

Pico

La energía picohidroeléctrica es la generación de energía hidroeléctrica de menos de 5 kW . Es útil en comunidades pequeñas y remotas que requieren solo una pequeña cantidad de electricidad. Por ejemplo, el proyecto de energía picohidroeléctrica de 1,1  kW del Grupo de Desarrollo de Tecnología Intermedia en Kenia abastece a 57 hogares con cargas eléctricas muy pequeñas (por ejemplo, un par de luces y un cargador de teléfono, o un pequeño televisor/radio). [ 46 ] Incluso turbinas más pequeñas de 200 a 300  W pueden alimentar algunos hogares en un país en desarrollo con una caída de solo 1 m (3 pies) . Una instalación picohidroeléctrica suele ser de pasada , lo que significa que no se utilizan represas, sino que las tuberías desvían parte del flujo, lo hacen descender por una pendiente y lo hacen pasar por la turbina antes de devolverlo al arroyo.  

Subterráneo

Generalmente, una central hidroeléctrica subterránea se utiliza en grandes instalaciones y aprovecha una gran diferencia de altura natural entre dos cursos de agua, como una cascada o un lago de montaña. Se construye un túnel para llevar el agua desde el depósito elevado hasta la sala de generación, ubicada en una caverna cerca del punto más bajo del túnel, y un canal de desagüe horizontal conduce el agua hacia el canal de salida inferior.

Medición de los caudales de descarga y de entrada en la central hidroeléctrica de Limestone en Manitoba , Canadá.

Calculando la potencia disponible

Una fórmula sencilla para aproximar la producción de energía eléctrica en una central hidroeléctrica es:

PAG=−η (metro˙gramo Δh)=−η ((ρV˙) gramo Δh){\displaystyle P=-\eta \ ({\dot {m}}g\ \Delta h)=-\eta \ ((\rho {\dot {V}})\ g\ \Delta h)}

dónde

  • PAG{\displaystyle P}es potencia (en vatios )
  • η{\displaystyle \eta }( eta ) es el coeficiente de eficiencia (un coeficiente escalar sin unidades, que va de 0 para completamente ineficiente a 1 para completamente eficiente).
  • ρ{\displaystyle \rho }( rho ) es la densidad del agua (~1000 kg / m 3 ) 
  • V˙{\displaystyle {\dot {V}}}es el caudal volumétrico (en m³ / s)
  • metro˙{\displaystyle {\dot {m}}}es el caudal másico (en kg/s)
  • Δh{\displaystyle \Delta h}( Delta h) es el cambio de altura (en metros )
  • gramo{\displaystyle g}es la aceleración debida a la gravedad (9,8  m/ s² )

La eficiencia suele ser mayor (es decir, más cercana a 1) con turbinas más grandes y modernas. La producción anual de energía eléctrica depende del suministro de agua disponible. En algunas instalaciones, el caudal de agua puede variar en un factor de 10:1 a lo largo del año. [ 47 ]

Propiedades

Ventajas

La central eléctrica de Ffestiniog puede generar 360 MW de electricidad en 60 segundos desde que se produce la demanda.

Flexibilidad

La energía hidroeléctrica es una fuente de electricidad flexible, ya que las centrales pueden aumentar y disminuir su potencia muy rápidamente para adaptarse a las cambiantes demandas de energía. [ 40 ] Las turbinas hidroeléctricas tienen un tiempo de arranque del orden de unos pocos minutos. [ 48 ] Aunque la energía de las baterías es más rápida, su capacidad es minúscula en comparación con la hidroeléctrica. [ 2 ] La mayoría de las unidades hidroeléctricas tardan menos de 10 minutos en pasar del arranque en frío a plena carga; esto es más rápido que la energía nuclear y casi toda la energía de combustibles fósiles. [ 49 ] La generación de energía también puede disminuirse rápidamente cuando hay un excedente de generación de energía. [ 50 ] Por lo tanto, la capacidad limitada de las unidades hidroeléctricas no se utiliza generalmente para producir energía base, excepto para desalojar la zona de inundación o satisfacer las necesidades aguas abajo. [ 51 ] En cambio, puede servir como respaldo para generadores no hidroeléctricos. [ 50 ]

Potencia de alto valor

La principal ventaja de las represas hidroeléctricas convencionales con embalses es su capacidad de almacenar agua a bajo costo para su posterior distribución como electricidad limpia de alto valor. En 2021, la AIE estimó que "los embalses de todas las centrales hidroeléctricas convencionales existentes combinadas pueden almacenar un total de 1500 teravatios-hora (TWh) de energía eléctrica en un ciclo completo", lo que fue "aproximadamente 170 veces más energía que la flota mundial de centrales hidroeléctricas de bombeo". [ 2 ] No se espera que la capacidad de almacenamiento en baterías supere al almacenamiento por bombeo durante la década de 2020. [ 2 ] Cuando se utiliza como energía pico para satisfacer la demanda, la hidroelectricidad tiene un valor más alto que la energía de carga base y un valor mucho más alto en comparación con fuentes de energía intermitentes como la eólica y la solar.

Las centrales hidroeléctricas tienen una larga vida útil económica, y algunas plantas siguen en funcionamiento después de 50 a 100 años. [ 52 ] El costo de la mano de obra operativa también suele ser bajo, ya que las plantas están automatizadas y tienen poco personal en el sitio durante el funcionamiento normal.

Cuando una represa cumple múltiples funciones, se puede agregar una central hidroeléctrica con un costo de construcción relativamente bajo, lo que proporciona una fuente de ingresos útil para compensar los costos de operación de la represa. Se ha calculado que la venta de electricidad de la represa de las Tres Gargantas cubrirá los costos de construcción después de 5 a 8 años de generación completa. [ 53 ] Sin embargo, algunos datos muestran que en la mayoría de los países, las grandes represas hidroeléctricas serán demasiado costosas y tardarán demasiado tiempo en construirse para generar un retorno positivo ajustado al riesgo, a menos que se implementen medidas adecuadas de gestión de riesgos. [ 54 ]

Adecuado para aplicaciones industriales.

Si bien muchos proyectos hidroeléctricos abastecen las redes eléctricas públicas, algunos se crean para servir a empresas industriales específicas. Los proyectos hidroeléctricos dedicados a este fin suelen construirse para proporcionar las grandes cantidades de electricidad necesarias para las plantas electrolíticas de aluminio , por ejemplo. La presa Grand Coulee se destinó a abastecer de energía a la planta de aluminio de Alcoa en Bellingham, Washington , Estados Unidos, para los aviones estadounidenses de la Segunda Guerra Mundial , antes de que se le permitiera proporcionar riego y energía a los ciudadanos (además de energía para la producción de aluminio) después de la guerra. En Surinam , el embalse de Brokopondo se construyó para proporcionar electricidad a la industria del aluminio de Alcoa . La central eléctrica de Manapouri en Nueva Zelanda se construyó para suministrar electricidad a la fundición de aluminio en Tiwai Point .

Reducción de las emisiones de CO2

Dado que las represas hidroeléctricas no utilizan combustible, la generación de energía no produce dióxido de carbono . Si bien inicialmente se produce dióxido de carbono durante la construcción del proyecto y los embalses emiten metano anualmente, la energía hidroeléctrica tiene una de las emisiones de gases de efecto invernadero más bajas del ciclo de vida para la generación de electricidad. [ 55 ] El bajo impacto de gases de efecto invernadero de la energía hidroeléctrica se observa especialmente en climas templados . Los mayores impactos de emisiones de gases de efecto invernadero se encuentran en las regiones tropicales porque los embalses de las centrales eléctricas en estas regiones producen una mayor cantidad de metano que los de las zonas templadas. [ 56 ]

Al igual que otras fuentes de energía no fósiles, la energía hidroeléctrica tampoco produce emisiones de dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno u otras partículas.

Otros usos del embalse

Los embalses creados por proyectos hidroeléctricos suelen ofrecer instalaciones para deportes acuáticos y se convierten en atracciones turísticas por derecho propio. En algunos países, la acuicultura en embalses es común. Las represas multiusos instaladas para riego proporcionan a la agricultura un suministro de agua relativamente constante. Las grandes represas hidroeléctricas pueden controlar las inundaciones, que de otro modo afectarían a las personas que viven aguas abajo del proyecto. [ 57 ] La gestión de represas que también se utilizan para otros fines, como el riego , es compleja. [ 2 ]

Desventajas

En 2021, la AIE pidió "estándares de sostenibilidad sólidos para todo el desarrollo hidroeléctrico con reglas y regulaciones simplificadas". [ 2 ]

Daños a los ecosistemas y pérdida de tierras

La presa de Merowe en Sudán . Las centrales hidroeléctricas que utilizan presas sumergen grandes extensiones de terreno debido a la necesidad de un embalse . Estos cambios en el color o albedo del suelo , junto con ciertos proyectos que sumergen simultáneamente selvas tropicales, pueden provocar que, en estos casos específicos, el impacto del calentamiento global, o las emisiones equivalentes de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de los proyectos hidroeléctricos, superen potencialmente las de las centrales eléctricas de carbón.

Los grandes embalses asociados a las centrales hidroeléctricas tradicionales provocan la inundación de extensas áreas aguas arriba de las presas, destruyendo en ocasiones bosques de tierras bajas y valles fluviales, marismas y pastizales biológicamente ricos y productivos. La construcción de presas interrumpe el flujo de los ríos y puede dañar los ecosistemas locales, y la construcción de grandes presas y embalses suele implicar el desplazamiento de personas y fauna silvestre. [ 40 ] La pérdida de tierras a menudo se ve agravada por la fragmentación del hábitat de las áreas circundantes causada por el embalse. [ 58 ]

Los proyectos hidroeléctricos pueden ser perjudiciales para los ecosistemas acuáticos circundantes , tanto aguas arriba como aguas abajo de la planta. La generación de energía hidroeléctrica altera el entorno del río aguas abajo. El agua que sale de una turbina generalmente contiene muy pocos sedimentos en suspensión, lo que puede provocar la erosión de los lechos fluviales y la pérdida de riberas. [ 59 ] Las turbinas también matarán a gran parte de la fauna que pasa por ellas; por ejemplo, el 70 % de las anguilas que pasan por una turbina perecerán inmediatamente. [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] Dado que las compuertas de las turbinas a menudo se abren de forma intermitente, se observan fluctuaciones rápidas o incluso diarias en el caudal del río. [ 63 ]

Sequía y pérdida de agua por evaporación

La sequía y los cambios estacionales en las precipitaciones pueden limitar gravemente la energía hidroeléctrica. [ 2 ] El agua también puede perderse por evaporación. [ 64 ]

Sedimentación y escasez de caudal

Cuando el agua fluye, tiene la capacidad de transportar partículas más pesadas que ella misma aguas abajo. Esto tiene un efecto negativo en las represas y, por consiguiente, en sus centrales hidroeléctricas, especialmente en aquellas ubicadas en ríos o dentro de cuencas con alta sedimentación. La sedimentación puede llenar un embalse y reducir su capacidad para controlar inundaciones, además de generar presión horizontal adicional en la parte aguas arriba de la represa. Con el tiempo, algunos embalses pueden llenarse de sedimentos y volverse inservibles, o desbordarse durante una inundación y colapsar. [ 65 ] [ 66 ]

Los cambios en el caudal de los ríos se correlacionarán con la cantidad de energía producida por una represa. Un caudal menor reducirá la capacidad de almacenamiento de un embalse, disminuyendo así la cantidad de agua que puede utilizarse para la generación de energía hidroeléctrica. La disminución del caudal puede provocar escasez de energía en zonas que dependen en gran medida de la energía hidroeléctrica. El riesgo de escasez de caudal puede aumentar como consecuencia del cambio climático . [ 67 ] Un estudio realizado en el río Colorado, en Estados Unidos, sugiere que cambios climáticos moderados, como un aumento de la temperatura de 2 grados Celsius que resulta en una disminución del 10 % en las precipitaciones, podrían reducir el caudal de los ríos hasta en un 40 %. [ 67 ] Brasil, en particular, es vulnerable debido a su gran dependencia de la energía hidroeléctrica, ya que el aumento de las temperaturas, la disminución del caudal y las alteraciones en el régimen de lluvias podrían reducir la producción total de energía en un 7 % anual para finales de siglo. [ 67 ]

Emisiones de metano (procedentes de embalses)

La presa Hoover en Estados Unidos es una gran central hidroeléctrica convencional, con una capacidad instalada de 2.080 MW .

Los impactos positivos son menores en las regiones tropicales. En las zonas de selva tropical de tierras bajas , donde es necesaria la inundación de parte del bosque, se ha observado que los embalses de las centrales eléctricas producen cantidades sustanciales de metano . [ 68 ] Esto se debe a que la materia vegetal en las zonas inundadas se descompone en un ambiente anaeróbico y forma metano, un gas de efecto invernadero . Según el informe de la Comisión Mundial de Represas , [ 69 ] cuando el embalse es grande en comparación con la capacidad de generación (menos de 100 vatios por metro cuadrado de superficie) y no se realizó ninguna tala de los bosques de la zona antes del embalse, las emisiones de gases de efecto invernadero del embalse pueden ser mayores que las de una central térmica convencional alimentada con petróleo. [ 70 ]

En los embalses boreales de Canadá y el norte de Europa, sin embargo, las emisiones de gases de efecto invernadero suelen ser solo del 2 % al 8 % de cualquier tipo de generación térmica convencional a partir de combustibles fósiles. Un nuevo tipo de operación de tala submarina que se centra en los bosques sumergidos puede mitigar el efecto de la descomposición forestal. [ 71 ]

Reubicación

Otra desventaja de las represas hidroeléctricas es la necesidad de reubicar a las personas que viven donde se planean construir los embalses. En 2000, la Comisión Mundial de Represas estimó que las represas habían desplazado físicamente a entre 40 y 80  millones de personas en todo el mundo. [ 72 ]

Riesgos de fallo

Debido a que las grandes centrales hidroeléctricas convencionales represan grandes volúmenes de agua, un fallo debido a una mala construcción, desastres naturales o sabotaje puede ser catastrófico para los asentamientos e infraestructuras río abajo.

Durante el tifón Nina en 1975, la presa de Banqiao, en el sur de China, colapsó cuando cayó en 24 horas la cantidad de lluvia equivalente a más de un año (véase el colapso de la presa de Banqiao en 1975 ). La inundación resultante causó la muerte de 26 000 personas y otras 145 000 a causa de epidemias. Millones de personas quedaron sin hogar. [ 73 ]

La construcción de una represa en un lugar geológicamente inadecuado puede causar desastres como el ocurrido en 1963 en la represa de Vajont en Italia, donde murieron casi 2000 personas. [ 74 ]

La rotura de la presa de Malpasset en Fréjus , en la Riviera francesa (Costa Azul), al sur de Francia, ocurrió el 2 de diciembre de 1959, causando la muerte de 423 personas en la inundación resultante. [ 75 ]

Las represas más pequeñas y las microcentrales hidroeléctricas generan menos riesgo, pero pueden constituir peligros persistentes incluso después de su desmantelamiento. Por ejemplo, la pequeña represa de tierra Kelly Barnes colapsó en 1977, veinte años después del desmantelamiento de su central eléctrica, causando 39 muertes. [ 76 ]

Comparación e interacciones con otros métodos de generación de energía

La energía hidroeléctrica elimina las emisiones de gases de combustión de los combustibles fósiles , incluidos contaminantes como el dióxido de azufre , el óxido nítrico , el monóxido de carbono , el polvo y el mercurio presente en el carbón . Además, evita los riesgos de la minería del carbón y los efectos indirectos sobre la salud derivados de sus emisiones. En 2021, la AIE afirmó que la política energética gubernamental debería «reconocer el valor de los múltiples beneficios públicos que aportan las centrales hidroeléctricas». [ 2 ]

Energía nuclear

La energía nuclear es relativamente inflexible, aunque puede reducir su producción con bastante rapidez. Dado que el coste de la energía nuclear está dominado por sus elevados costes de infraestructura, el coste por unidad de energía aumenta significativamente con una baja producción. Por ello, la energía nuclear se utiliza principalmente para la carga base . En cambio, la energía hidroeléctrica puede suministrar energía en horas punta a un coste mucho menor. Por lo tanto, la energía hidroeléctrica se utiliza a menudo para complementar la energía nuclear u otras fuentes para el seguimiento de la demanda . Ejemplos de países donde se combinan en una proporción cercana al 50/50 incluyen la red eléctrica de Suiza , el sector eléctrico de Suecia y, en menor medida, Ucrania y el sector eléctrico de Finlandia . [ 77 ]

energía eólica

La energía eólica presenta variaciones predecibles según la estación, pero es intermitente a diario. La generación máxima de energía eólica guarda poca relación con el pico de consumo eléctrico diario; el viento puede alcanzar su máxima intensidad por la noche, cuando no se necesita energía, o estar en calma durante el día, cuando la demanda eléctrica es mayor. En ocasiones, los patrones climáticos pueden provocar vientos débiles durante días o semanas; un embalse hidroeléctrico con capacidad para almacenar la producción de varias semanas resulta útil para equilibrar la generación en la red. La máxima potencia eólica puede compensarse con la mínima potencia hidroeléctrica, y viceversa. De esta forma, la facilidad de regulación de la energía hidroeléctrica se aprovecha para compensar la intermitencia de la energía eólica. Por otro lado, en algunos casos, la energía eólica puede utilizarse para reservar agua para su uso posterior durante las estaciones secas.

Un ejemplo de esto es el comercio de Noruega con Suecia, Dinamarca, los Países Bajos, Alemania y el Reino Unido. [ 78 ] [ 79 ] Noruega depende en un 98 % de la energía hidroeléctrica, mientras que sus vecinos de llanuras cuentan con energía eólica. En las zonas que no disponen de energía hidroeléctrica, el almacenamiento por bombeo cumple una función similar, pero a un coste mucho mayor y con una eficiencia un 20 % menor. [ 80 ]

Energía hidroeléctrica por país

Generación hidroeléctrica anual por continente [ 81 ]
Generación hidroeléctrica por país, 2021 [ 81 ]

En 2022, la energía hidroeléctrica generó 4289  TWh, el 15 % de la electricidad total y la mitad de las energías renovables. Del total mundial, China (30 %) fue el mayor productor, seguido de Brasil (10 %), Canadá (9,2 %), Estados Unidos (5,8 %) y Rusia (4,6 %). [ 82 ]

Paraguay produce casi toda su electricidad a partir de energía hidroeléctrica y exporta mucha más de la que consume. [ 83 ] Las plantas más grandes tienden a ser construidas y operadas por los gobiernos nacionales, por lo que la mayor parte de la capacidad (70%) es de propiedad pública, a pesar de que la mayoría de las plantas (casi el 70%) son propiedad y están operadas por el sector privado, a partir de 2021. [ 2 ]

La siguiente tabla enumera estos datos para cada país:

Los datos provienen de Ember y datan del año 2023, salvo que se especifique lo contrario. [ 81 ] Solo incluye países con más de 1  TWh de generación. Los enlaces para cada ubicación dirigen a la página correspondiente de energía hidroeléctrica, cuando esté disponible.

Ciencias económicas

El desarrollo de proyectos hidroeléctricos suele implicar altos costos de instalación debido a la gran cantidad de mano de obra necesaria y a los gastos en maquinaria y equipos. El análisis del impacto de la generación hidroeléctrica y la compensación de cualquier impacto negativo también incrementan el costo final.

Aunque la inversión total en proyectos hidroeléctricos nuevos suele costar entre 1200 USD/Kw y 4500 USD/Kw, el rango puede ser mucho más amplio para las centrales hidroeléctricas a gran escala, oscilando entre 1000/Kw y 10 000/Kw, según el informe de la IEA de 2021 [ 84 ] sobre generación de energía hidroeléctrica.

Debido a su alta densidad de población y la disponibilidad de mano de obra barata, países de Asia-Pacífico, como India y China, presentan los costos de inversión en energía hidroeléctrica más bajos. Por otro lado, los países de Europa y Norteamérica tienen los costos de inversión más elevados debido al alto costo de la mano de obra. En África, el principal problema radica en la tecnología y la infraestructura obsoletas, que no son compatibles con la generación de energía hidroeléctrica. [ 85 ]

Los costos de capital suelen representar entre el 80 % y el 90 % del costo nivelado de la energía (LCOE) de la energía hidroeléctrica. Los costos de operación y mantenimiento (O&M) representan el resto, que en promedio asciende a aproximadamente el 2 % del costo de inversión inicial. Los costos de desarrollo del proyecto y los rendimientos esperados de la inversión, expresados ​​como el costo promedio ponderado del capital, son un factor importante. [ 2 ]

Véase también

Referencias

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Fuentes

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