Pequeña hidroeléctrica

La minihidroeléctrica es la generación de energía hidroeléctrica a menor escala en comparación con la hidroeléctrica tradicional a gran escala. Las definiciones exactas varían según el país, pero los proyectos de minihidroeléctrica (SHP) suelen tener menos de 50 megavatios (MW) y pueden subdividirse por escala en "mini" (<500  kW), " micro " (<100  kW) y " pico " (<10  kW). ^{[ 1 ]} La capacidad máxima de generación de energía es el factor principal de la clasificación de SHP. Factores como la altura de la presa, la altura del vertedero , el área del embalse, las estructuras de salida y los procedimientos operativos no están estandarizados bajo esta métrica.

Los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas (SHP) han crecido rápidamente en las últimas dos décadas. La agilización de los procesos de obtención de permisos facilita su desarrollo y contribuye a la generación distribuida en una red eléctrica regional. Estos proyectos pueden construirse en zonas aisladas que no serían rentables para su conexión a la red eléctrica nacional, o en zonas donde no existe dicha red. Producen energía a una escala adecuada para el consumo de la comunidad local, promoviendo la independencia energética. Las zonas rurales se enfrentan a dificultades en la integración de las SHP debido a la falta de atención política, datos precisos y financiación sostenible. ^{[ 2 ]}

Los efectos socioambientales exactos de la hidroeléctrica a pequeña escala aún no se comprenden del todo. Muchos países no exigen evaluaciones de impacto ambiental para instalaciones más pequeñas. ^{[ 3 ]}

El uso del término "pequeña hidroeléctrica" ​​varía considerablemente en todo el mundo. En India, los proyectos hidroeléctricos con capacidades de hasta 25 MW se clasifican como proyectos de pequeña energía hidroeléctrica (SHP). ^{[ 4 ]} En California , las centrales hidroeléctricas con una capacidad máxima de menos de 30 MW se clasifican como pequeñas y pueden incluirse en el estándar de cartera de energías renovables del estado . ^{[ 5 ]} El límite máximo suele estar entre 10 y 30 MW y se extiende hasta 50 MW en Canadá, China, Pakistán y Estados Unidos.

Se pueden implementar diversos diseños de proyectos para centrales hidroeléctricas con capacidades energéticas similares. Algunos proyectos de pequeña hidroeléctrica utilizan un sistema de pasada . ^{[ 6 ]} Otros, como la presa Iron Gate , utilizan sistemas de embalse que presentan las desventajas asociadas a los embalses . Para los inversores, los ambientalistas y los responsables políticos, los proyectos de pequeña hidroeléctrica se consideran más viables cuando tienen un impacto ecológico mínimo y se prevén beneficios tras su construcción. ^{[ 7 ]}

Ventajas y desventajas

Las principales ventajas del desarrollo de pequeñas centrales hidroeléctricas incluyen los bajos costos de construcción y la posibilidad de permanecer desconectadas de las redes eléctricas centralizadas. Entre los aspectos controvertidos del desarrollo de pequeñas centrales hidroeléctricas se encuentran las cuestiones de justicia ambiental , la supervisión regulatoria y los impactos ambientales.

En varias comunidades que carecen de acceso básico a la electricidad, la minihidroeléctrica ofrece una fuente confiable de electricidad descentralizada . Los proyectos de minihidroeléctrica no siempre requieren una asistencia gubernamental significativa y las deficiencias en la gobernanza permiten que se construyan con relativa facilidad. ^{[ 8 ]} Dadas estas deficiencias en las políticas, la minihidroeléctrica como estrategia renovable de mitigación del cambio climático también puede afectar negativamente los medios de vida locales en ausencia de políticas que tengan en cuenta a la comunidad. ^{[ 9 ]}

Los impactos ambientales de los pequeños proyectos hidroeléctricos están poco estudiados. En los proyectos de diseño de pasada , los mayores daños para los sistemas hídricos son la alteración del régimen de flujo, la pérdida de cohesión y conectividad del río, y la degradación del hábitat que afecta a los peces y macroinvertebrados. ^{[ 10 ]}

Entre 2005 y 2010, China planeó electrificar otras 10 000 aldeas bajo su Programa de Electrificación de Aldeas de China , incluyendo mayores inversiones en minihidráulicas y fotovoltaicas . ^{[ 11 ]} Para 2010, China contaba con 45 000 instalaciones minihidráulicas, especialmente en zonas rurales, que producían 160 TWh anuales. ^{[ 12 ]} Más del 50 % del potencial mundial de minihidráulicas se encontraba en Asia; sin embargo, un informe señaló que «es posible que en el futuro se identifique un mayor potencial de minihidráulicas tanto en el continente africano como en el americano». ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

En las montañas y selvas tropicales de la Columbia Británica , Canadá, existen numerosos emplazamientos aptos para el desarrollo hidroeléctrico. Sin embargo, las preocupaciones medioambientales respecto a los grandes embalses, surgidas tras la década de 1980, paralizaron la construcción de nuevas presas. La solución para hacer frente al aumento de la demanda fue ofrecer contratos a productores independientes de energía , quienes han construido 100 proyectos hidroeléctricos de pasada con una capacidad inferior a 50 MW. La producción de energía sin embalses varía drásticamente, pero las presas convencionales más antiguas retienen o liberan agua para promediar la producción a lo largo del año. En 2014, estos productores independientes generaron 18 000 GWh a partir de una capacidad de 4500 MW. ^{[ 16 ]}

A partir de 2022, la capacidad global (para proyectos ≤10 MW) es de aproximadamente 79,0 GW, con China concentrando más del 53 % de la capacidad instalada mundial de pequeñas centrales hidroeléctricas (PEH). Bajo esta definición (≤10 MW), la capacidad instalada de PEH aumentó un 11 % en América entre 2019 y 2022. Debido a las diferencias locales en las definiciones de PEH, es probable que la capacidad instalada de PEH en todo el mundo sea mayor que estos totales. Países como China, India y Brasil están expandiendo significativamente su capacidad de pequeñas centrales hidroeléctricas en el siglo XXI. ^{[ 17 ]} Los continentes de Asia, África y América tienen el mayor potencial para el crecimiento de la energía hidroeléctrica a pequeña escala. ^{[ 18 ]}

Las ruedas hidráulicas de madera a lo largo de las riberas de los ríos pueden considerarse los primeros ejemplos de "pequeña hidroeléctrica". ^{[ 19 ]} Hasta el siglo XVII, la eficiencia de las ruedas hidráulicas se acercaba al 70%. Sin embargo, a medida que aumentaba la necesidad de generar energía, los pequeños proyectos hidroeléctricos fueron reemplazados por grandes represas que utilizaban turbinas de nuevo diseño. ^{[ 17 ]}

La doctrina ambiental posterior al siglo XX se está alejando de la construcción de centrales hidroeléctricas a gran escala debido a una mayor conciencia sobre los problemas ecológicos asociados con las represas. Ejemplos de proyectos anteriores de desmantelamiento de represas incluyen la restauración del río Elwha y el movimiento para desmantelar el río Klamath en Estados Unidos. Ambos proyectos desmantelaron represas con capacidades de generación inferiores a 30 MW.

La energía hidroeléctrica es la generación de electricidad a partir del movimiento del agua. Una central hidroeléctrica requiere un caudal constante y una altura de caída de agua suficiente . En una instalación típica, el agua se transporta desde un embalse a través de una tubería hasta una turbina . El agua que fluye por la turbina hace girar un generador eléctrico , convirtiendo el movimiento en energía eléctrica.

Los proyectos hidroeléctricos de pequeña escala pueden crearse a partir de la remodelación de represas existentes cuyo propósito principal es el control de inundaciones o el riego. También pueden remodelarse antiguas centrales hidroeléctricas, reutilizando los derechos de agua y recuperando así una inversión sustancial en tecnología de instalación, como tuberías forzadas y turbinas. ^{[ 20 ]} Cualquiera de estas ventajas de ahorro de costos puede hacer que el retorno de la inversión para una pequeña central hidroeléctrica justifique el uso de los sitios existentes.

Brasil es otro país que está invirtiendo fuertemente en minihidroeléctricas. Brasil es líder en generación hidroeléctrica, ocupando el tercer lugar mundial en capacidad instalada de energía hidroeléctrica con 79 GW, detrás de Estados Unidos con 100 GW y China en primer lugar con 171 GW. ^{[ 21 ]} A partir de 2024, se están construyendo 51 nuevos proyectos de minihidroeléctricas en Brasil.

Muchas empresas ofrecen paquetes estandarizados de turbogeneradores con potencias aproximadas de entre 200  kW y 10 MW. Estos paquetes integrales simplifican la planificación y el desarrollo de la planta, ya que un único proveedor se encarga de la mayor parte del suministro de equipos. Al minimizarse los costes de ingeniería no recurrentes y distribuirse los costes de desarrollo entre varias unidades, se reduce el coste de estos sistemas preconfigurados. Si bien se suelen utilizar generadores síncronos capaces de operar plantas aisladas, las pequeñas centrales hidroeléctricas conectadas a la red eléctrica pueden emplear generadores de inducción económicos para reducir aún más los costes de instalación y simplificar el control y la operación.

Los proyectos hidroeléctricos pequeños de tipo "de pasada" no cuentan con una presa convencional con embalse, sino únicamente con un dique para formar un estanque de captación que desvía el agua de entrada a la turbina. El agua no utilizada simplemente fluye por encima del dique, y el estanque de captación puede tener capacidad para almacenar agua solo para un día, insuficiente para veranos secos o inviernos gélidos en los que la generación de energía puede detenerse. Una opción preferible es que la entrada se encuentre en un lago ya existente.

Se han desarrollado sistemas modulares "microhidrocinéticos" para canales de riego . ^{[ 22 ]} " Los distritos de riego de todo Estados Unidos han instalado centrales eléctricas en puntos de derivación y caídas dentro del canal, que tradicionalmente se utilizan para la medición del caudal, para estabilizar las cargas aguas arriba y disipar la energía donde hay un cambio de elevación significativo en todo el sistema de canales." ^{[ 23 ]}

Países como India y China cuentan con políticas que favorecen la minihidráulica, y el proceso regulatorio permite la construcción de represas y embalses. En Norteamérica y Europa, el proceso regulatorio es demasiado largo y costoso como para considerar la construcción de una represa y un embalse para un proyecto pequeño.

Los proyectos hidroeléctricos de pequeña escala suelen tener trámites ambientales y de licenciamiento más rápidos. Además, dado que los equipos generalmente se fabrican en serie, están estandarizados y simplificados, y la construcción de obras civiles también se reduce, los proyectos pueden desarrollarse con gran rapidez. El tamaño reducido de los equipos facilita su transporte a zonas remotas sin buenas conexiones por carretera o ferrocarril.

Una medida para reducir el impacto ambiental de lagos y embalses depende del equilibrio entre el caudal y la producción de energía. Reducir las derivaciones de agua beneficia al ecosistema fluvial, pero disminuye la rentabilidad de la inversión (ROI) del sistema hidroeléctrico. El diseño del sistema debe lograr un equilibrio que permita mantener tanto la salud del río como la viabilidad económica.

Parte del equilibrio entre la rentabilidad de un proyecto hidroeléctrico pequeño y la preocupación ambiental radica en la proximidad del proyecto a la red eléctrica nacional. Cuanto más aislado esté un proyecto hidroeléctrico pequeño, más rentable será su construcción. ^{[ 24 ]}

El apoyo gubernamental a la minihidroeléctrica varía según el país. Para respaldar la política de energías renovables en Japón, el gobierno promueve el desarrollo de proyectos de minihidroeléctricas comunitarias con altas tarifas de alimentación y bajas tasas de interés para los préstamos. ^{[ 25 ]} En 2022, el parlamento de Bosnia y Herzegovina prohibió los proyectos de minihidroeléctricas con una capacidad de generación de energía de hasta 10 MWh, alegando daños ambientales. ^{[ 26 ]} La falta de coherencia en las definiciones de minihidroeléctricas y la falta de investigación sobre los impactos socioambientales han generado variaciones en torno a la formulación de políticas y las decisiones de concesión de licencias. Alrededor de dos tercios de los países no requieren un proceso formal de licencia ambiental para construir y operar proyectos de minihidroeléctricas. ^{[ 27 ]}

En India, las pequeñas centrales hidroeléctricas de menos de 25 MW no requieren una Evaluación de Impacto Ambiental y, en su lugar, cuentan con un Informe Detallado del Proyecto (IDP). Estos informes proporcionan información básica a los responsables políticos y decisores, lo que agiliza los plazos para el desarrollo de pequeñas centrales hidroeléctricas. Los procesos de planificación y aprobación en el marco de los IDP de India no requieren la participación ni la consulta de la comunidad. ^{[ 28 ]}

Muchos proyectos de minihidroeléctricas se desarrollan en zonas rurales o geográficamente aisladas donde la conexión a las redes eléctricas nacionales es costosa. Por ejemplo, las zonas rurales de la India u otros países con sistemas de agua corriente utilizan minihidroeléctricas para obtener una fuente de energía renovable sin conexión a la red nacional. ^{[ 29 ]} La justicia ambiental del desarrollo de minihidroeléctricas se ha debatido principalmente en Asia y América.

Los efectos ambientales de los proyectos hidroeléctricos pequeños están poco estudiados; los impactos dependen del diseño de cada proyecto. Los cambios en los ciclos hidrológicos de un área pueden provocar la pérdida de cohesión y conectividad del río, contribuyendo a la degradación del hábitat y a la pérdida de biodiversidad para peces y macroinvertebrados. ^{[ 35 ]} Las pequeñas represas y la consiguiente desviación de agua también pueden dificultar el movimiento de los peces y contribuir a las emisiones de metano provenientes de la biomasa descompuesta. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

En ocasiones, se ubican múltiples proyectos hidroeléctricos pequeños de forma segmentada en los ríos, pero se han realizado pocas investigaciones sobre los efectos de múltiples instalaciones en un área colectiva. En India, no se consideran los efectos acumulativos de múltiples proyectos hidroeléctricos pequeños antes de otorgar permisos para su desarrollo. ^{[ 38 ]} En China, los investigadores encontraron que los efectos de la conectividad fluvial en un río con 31 proyectos hidroeléctricos pequeños superaban significativamente los impactos asociados con un río que contenía 4 proyectos de mayor escala. ^{[ 39 ]}

Estudios previos sobre la sostenibilidad de la energía hidroeléctrica se centran en las estimaciones de emisiones de gases de efecto invernadero, que generalmente son menores que las de otros sistemas de energía convencionales o renovables. Las evaluaciones de sostenibilidad a menudo no consideran parámetros adicionales, como los impactos ambientales, el uso del suelo, los costos sociales y los efectos culturales. ^{[ 37 ]} Con el cambio climático amenazando la fiabilidad de los caudales estacionales de los ríos, se desconoce la eficiencia y la sostenibilidad de la pequeña hidroeléctrica para la generación de energía. ^{[ 40 ]}

África

• Zengamina  , una planta de 700 kW en Kalene Hill , distrito de Mwinilunga, en el noroeste de Zambia . 2008

Asia

• Proyecto hidroeléctrico pequeño de Meenvallam, ^{[ 41 ]} distrito de Palakkad , Kerala , India. ^{[ 42 ]}
• Proyecto comunitario microhidráulico Bario Asal y Arur Layun, ^{[ 43 ]} Kelabit Highlands , Sarawak , Malasia . 2009
• Minicentral hidroeléctrica de Ambangal, Kiangan , Ifugao , Filipinas (2010) ^{[ 44 ]}
• Minicentral hidroeléctrica del río Asiga, Santiago , Agusan del Norte , Filipinas (2019) ^{[ 45 ]}
• Minicentral hidroeléctrica de Balongbong, Bato , Catanduanes , Filipinas (1983) ^{[ 46 ]}
• Central hidroeléctrica mini de Cantingas, San Fernando , Romblon , Filipinas (2009) ^{[ 47 ]}
• Minicentral hidroeléctrica Likud, Asipulo y Kiangan, Ifugao, Filipinas (2015) ^{[ 48 ]}
• Nueva central hidroeléctrica de Bataan, New Bataan , Davao de Oro , Filipinas (2018) ^{[ 49 ]}
• Minicentral hidroeléctrica de San Luis, San Luis , Aurora , Filipinas (2011) ^{[ 50 ]}
• Minicentral hidroeléctrica Villasiga, Bugasong , Antique , Filipinas (2016) ^{[ 51 ]}
• Proyecto hidroeléctrico de Pakpattan, una planta de 2,82 MW ubicada en el canal de Pakpattan, en el distrito de Pakpattan , Pakistán , 2015.

Europa

• Proyecto Green Valleys, ^{[ 52 ]} Parque Nacional Brecon Beacons , Gales. Ganador conjunto de 300.000 libras esterlinas ^{[ 53 ]} en el Big Green Challenge 2009. ^{[ 54 ]}
• St Catherine's, un paraje del National Trust cerca de Windermere , Westmorland , Reino Unido.

América del norte

• Central hidroeléctrica de Ames , Colorado , Estados Unidos. En la lista de hitos del IEEE.
• Instalaciones hidroeléctricas Childs-Irving , Arizona , Estados Unidos. 1916. Actualmente fuera de servicio.
• Cataratas de Snoqualmie , Washington , Estados Unidos. 1957
• Malibu Hydro , Columbia Británica , Canadá. 2005
• Central hidroeléctrica de Menihek , Terranova y Labrador , Canadá. 1954
• Cloudworks Energy es uno de los muchos productores de energía independientes que han construido proyectos en la Columbia Británica, Canadá.

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