Energía Hidroeléctrica
Definición:
Historia de la energía hidroeléctrica
Este tipo de energía ha estado explotando durante años. Esta energía ha sido explotada durante siglos. Los agricultores de la antigua Grecia utilizaban molinos de agua para moler trigo y hacer harina. Situados en ríos, los molinos de agua recogen el agua en movimiento en cubos situados alrededor del molino. La energía cinética del agua en movimiento hace girar el molino y se convierte en la energía mecánica que lo mueve.
A finales del siglo XIX, la energía hidroeléctrica se convirtió en una fuente de generación de electricidad. La primera central hidroeléctrica se construyó en las Cataratas del Niágara en 1879. En 1881, las luces de la ciudad de las Cataratas del Niágara funcionaban con energía hidroeléctrica. En 1882, la primera planta hidroeléctrica del mundo comenzó a operar en los Estados Unidos en Appleton, Wisconsin.
Una central hidroeléctrica clásica es un sistema que consta de tres partes: una planta en la que se produce electricidad, una presa que puede abrirse y cerrarse para controlar el paso del agua y un tanque en el que se puede almacenar agua. El agua detrás de la presa fluye a través de una entrada y presiona contra los álabes de la turbina, lo que hace que se muevan. La turbina hace girar un generador para producir electricidad. La cantidad de electricidad que se puede generar depende de la distancia a la que llega el agua y de la cantidad de agua que pasa por el sistema. La electricidad puede ser transportada por largos cables eléctricos a hogares, fábricas y empresas.
La energía hidroeléctrica suministra casi una quinta parte de la electricidad mundial. China, Canadá, Brasil, Estados Unidos y Rusia fueron los cinco mayores productores de este tipo de energía en 2004. Una de las centrales hidroeléctricas más grandes del mundo se encuentra en los Tres Cañones, en el río Yangtsé, en China. El depósito para estas instalaciones comenzó a llenarse en 2003, pero se espera que la planta no esté plenamente operativa hasta 2009. La presa tiene 2,3 kilómetros de ancho y 185 metros de alto.
La planta hidroeléctrica más grande de Estados Unidos está adyacente a la presa Grand Coulee en el río Columbia, en la parte norte del estado de Washington. Más del 70 por ciento de la electricidad producida en este estado proviene de centrales hidroeléctricas.
La energía hidroeléctrica es la fuente más barata de electricidad en la actualidad. Esto se debe a que una vez que se ha construido la presa y se ha instalado el material técnico, la fuente de energía (agua en movimiento) está libre. Esta fuente de energía se limpia y renueva cada año mediante el deshielo y la precipitación.
Además, este tipo de energía es fácilmente accesible, ya que los ingenieros pueden controlar la cantidad de agua que pasa a través de las turbinas para producir electricidad según sea necesario. Además, los depósitos pueden ofrecer oportunidades recreativas, como zonas de baño y de navegación.
Sin embargo, la construcción de presas en los ríos puede destruir o afectar la flora y la fauna y otros recursos naturales. Algunos peces, como el salmón, pueden encontrar imposible nadar río arriba para desovar. Las últimas tecnologías, como las escaleras para peces, ayudan al salmón a pasar a través de las presas y entrar en las zonas de desove a contracorriente, pero la presencia de presas hidroeléctricas cambia sus patrones de migración y perjudica a las poblaciones de peces. Las centrales hidroeléctricas también pueden reducir el nivel de oxígeno disuelto en el agua, lo que es perjudicial para los hábitats fluviales.
Métodos de generación de la energía hidroeléctrica
Presas convencionales:
La mayor parte de la energía hidroeléctrica proviene de la energía potencial del agua captada que impulsa una turbina y un generador eléctrico. La potencia 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 cabeza hidráulica. Un gran tubo o compuerta transporta el agua desde el tanque hasta la turbina.
Almacenamiento por bombeo:
Este método produce electricidad para satisfacer la demanda máxima, moviendo el agua entre embalses a diferentes alturas. En tiempos de baja demanda de electricidad, el exceso de capacidad de generación se utiliza para bombear agua al embalse más alto. Cuando la demanda aumenta, el agua se devuelve al depósito inferior a través de una turbina. Los sistemas de almacenamiento por bombeo constituyen actualmente el medio más importante desde el punto de vista comercial para el almacenamiento de energía a gran escala en la red y mejoran el factor de capacidad diaria del sistema de generación. El almacenamiento por bombeo no es una fuente de energía y aparece como un número negativo en los listados.
Arroyo del Río:
Las centrales hidroeléctricas de cable son aquellas con poca o ninguna capacidad de embalse, de modo que sólo se dispone de agua corriente arriba para su generación en ese momento, y cualquier exceso de suministro se pierde sin ser utilizado. Un suministro constante de agua de un lago o embalse aguas arriba es una ventaja significativa en la elección de los sitios para la corriente del río. En los Estados Unidos, la energía hidroeléctrica fluvial podría proporcionar 60.000 megavatios (80.000.000 hp), aproximadamente el 13,7% del uso total en 2011, si está disponible continuamente.16
Marea:
Una central mareomotríz, también llamada energía mareomotríz, aprovecha la subida y bajada diaria del agua de las mareas; estas fuentes son altamente predecibles y, si las condiciones permiten la construcción de embalses, también pueden ser utilizadas para generar energía durante los períodos de alta demanda. Estos tipos de esquemas hidroeléctricos, que son menos comunes, utilizan energía cinética del agua o de fuentes no dañadas, como las ruedas de agua debajo de la superficie. La energía mareomotríz es factible en un número relativamente pequeño de lugares en todo el mundo, ya que es necesario que la diferencia de alturas alcanzada por las mareas altas y bajas sea importante. En Gran Bretaña, hay ocho sitios que pueden ser desarrollados, con el potencial de generar el 20% de la electricidad utilizada en 2012.
Desventajas de la energía hidroeléctrica
Daño a los ecosistemas y pérdida de tierras:
Los grandes embalses asociados con la inmersión tradicional en el hidromasaje son el resultado de extensas áreas aguas arriba de la presa, que a veces destruyen bosques y valles costeros bajos, pantanos y pastizales biológicamente ricos y productivos. La presa detiene 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 animales silvestres.2 La pérdida de tierras se ve a menudo exacerbada por la fragmentación del hábitat de las zonas circundantes causada por el embalse.
Los proyectos hidroeléctricos pueden ser perjudiciales para los ecosistemas acuáticos circundantes, tanto aguas arriba como aguas abajo del sitio de la planta. La generación de energía hidroeléctrica altera el medio ambiente río abajo. El agua que sale de una turbina generalmente contiene muy poco sedimento en suspensión, lo que puede causar desgaste en los lechos de los ríos y pérdida de las orillas de los mismos. Como las compuertas de las turbinas suelen abrirse de forma intermitente, se observan fluctuaciones rápidas o incluso diarias en el caudal de los ríos.
Pérdida de agua por evaporación:
Un estudio realizado en 2011 por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos concluyó que las centrales hidroeléctricas en los Estados Unidos consumía entre 1425 y 18.000 galones de agua por megavatio hora (galones / MWh) de electricidad generada, a través de las pérdidas por evaporación en el embalse. La pérdida promedio fue de 4.491 gal / MWh, que es mayor que la pérdida de tecnologías de generación utilizando torres de refrigeración, incluyendo la concentración de energía solar (865 gal / MWh para el canal CSP 786 gal / MWh CSP Tower), carbón (687 gal / MWh), nuclear (672 gal / MWh) y gas natural (198 gal / MWh). Cuando hay múltiples usos de los embalses, como el suministro de agua, la recreación y el control de inundaciones, toda la evaporación del embalse se atribuye a la producción de energía.
Sedimentación y escasez de caudal:
Cuando el agua fluye, tiene la capacidad de transportar partículas más pesadas que las que se encuentran aguas abajo. Esto tiene un efecto negativo en las presas y, posteriormente, en sus presas, especialmente en las de los ríos o en las zonas de captación con altos niveles de sedimentación. La sedimentación puede llenar un embalse y reducir su capacidad para controlar las inundaciones, y causar presión horizontal adicional en la parte aguas arriba de la presa. Eventualmente, algunos embalses pueden estar llenos de sedimentos y volverse inútiles o excesivos durante una inundación.
Los cambios en la cantidad de caudal del río se correlacionan con la cantidad de energía producida por una presa. La disminución de los caudales de los ríos reducirá la cantidad de agua almacenada en un embalse, reduciendo así la cantidad de agua que se puede utilizar para la hidroelectricidad. El resultado de la disminución del caudal de los ríos puede ser la causa de la escasez de energía en zonas que dependen en gran medida de la energía hidroeléctrica. El riesgo de escasez de caudal puede aumentar como resultado del cambio climático. Un estudio del Río Colorado en los Estados Unidos sugiere que un cambio climático moderado, como un aumento de la temperatura de 2 grados centígrados, que resulta en una disminución del 10% en la precipitación, podría reducir la escorrentía del río hasta en un 40%. 42 Brasil es vulnerable debido a su fuerte dependencia de la hidroelectricidad, ya que el aumento de las temperaturas, la disminución del caudal de agua y los cambios en los patrones de precipitación pueden reducir la producción total de energía en un 7% anual para finales de año. Siglo
Emisiones de metano del contenedor:
Los impactos menos positivos se encuentran en las regiones tropicales, ya que se ha observado que los reservorios de los molinos en las regiones tropicales producen cantidades sustanciales de metano. Esto se debe a que el material vegetal de 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, cuando el embalse es grande en comparación con la capacidad de generación (menos de 100 vatios por metro cuadrado de área inundada) y no se ha producido ninguna tala de bosques en la zona antes de que comenzara la construcción del embalse, las emisiones de gases de efecto invernadero del embalse pueden ser mayores que las de una central térmica convencional basada en petróleo.
Sin embargo, en los yacimientos boreales de Canadá y el norte de Europa, las emisiones de gases de efecto invernadero son generalmente sólo del 2% al 8% de cualquier generación térmica convencional de combustibles fósiles. Un nuevo tipo de operación de exploración submarina dirigida a los bosques inundados puede mitigar el efecto de la descomposición de los bosques.
Reubicación:
Otra desventaja de las centrales hidroeléctricas es la necesidad de reubicar a las personas que viven en los lugares donde se planifican los embalses. En 2000, la Comisión Mundial de Represas estimó que las represas habían desplazado físicamente entre 40 y 80 millones de personas en todo el mundo.
Riesgos de fracaso:
Debido a que las grandes centrales hidroeléctricas con presas convencionales retienen grandes volúmenes de agua, las fallas debidas a la mala construcción, los desastres naturales o el sabotaje pueden ser catastróficos para los asentamientos y la infraestructura río abajo. Durante el tifón Nina en 1975, la presa de Banqiao falló en el sur de China, cuando cayó más de un año de lluvia en 24 horas. Las inundaciones resultantes causaron la muerte de 26.000 personas y otras 145.000 debido a la epidemia. Millones de personas quedaron sin hogar. La creación de una presa en un lugar geológicamente inadecuado puede causar desastres como el de 1963 en la presa de Vajont en Italia, donde murieron casi 2.000 personas.
El fallo de la presa de Malpasset en Fréjus, en la Riviera francesa, en el sur de Francia, provocó el colapso el 2 de diciembre de 1959, donde 423 personas murieron en la inundación resultante. Las presas más pequeñas y las microhidroeléctricas crean menos riesgos, pero pueden presentar riesgos continuos incluso después de haber sido puestas fuera de servicio. Por ejemplo, la pequeña presa Kelly Barnes Dam falló en 1977, veinte años después de que su planta entrara en servicio, causando 39 muertes.
Ventajas de la energía hidroeléctrica
Flexibilidad:
La energía hidroeléctrica es una fuente flexible de electricidad, ya que las estaciones pueden ser aumentadas y reducidas muy rápidamente para adaptarse a las cambiantes demandas de energía. Las turbinas hidráulicas tienen un tiempo de arranque del orden de unos pocos minutos. Se tarda entre 60 y 90 segundos en transportar una unidad de arranque en frío a plena carga. Esto es mucho más corto que para las turbinas de gas o las plantas de vapor. La generación de energía también puede reducirse rápidamente cuando hay un excedente de generación de energía. Por lo tanto, la capacidad limitada de las unidades hidroeléctricas no se utiliza generalmente para producir energía básica, excepto para desalojar el pozo de la inundación o para satisfacer las necesidades subsiguientes. En cambio, sirve como respaldo para los generadores no hidroeléctricos.
Bajo coste/alta potencia:
La principal ventaja de las presas hidroeléctricas convencionales con embalses es su capacidad de almacenar agua a bajo costo para su posterior embarque como electricidad limpia de alto valor. El coste medio de la electricidad para una central hidroeléctrica de más de 10 megavatios es de 3 a 5 céntimos por kilovatio/hora. Cuando se utiliza como la energía máxima para satisfacer la demanda, la energía hidroeléctrica tiene un valor más alto que la energía básica y un valor mucho más alto en comparación con las fuentes de energía intermitentes.
Las centrales hidroeléctricas tienen una larga vida económica y algunas de ellas siguen funcionando después de 50 a 100 años. Los costos de mano de obra también son generalmente bajos, ya que las plantas están automatizadas y tienen poco personal en el sitio durante la operación normal.
Cuando un embalse tiene múltiples propósitos, se puede añadir una central hidroeléctrica a un costo de construcción relativamente bajo, lo que proporciona un flujo de ingresos útil para compensar los costos de operación del embalse. Se ha calculado que la venta de electricidad de la presa de las Tres Gargantas cubrirá los costes de construcción después de 5 a 8 años de generación total. Además, algunos datos muestran que en la mayoría de los países, las grandes centrales hidroeléctricas serán muy costosas y tardarán mucho tiempo en construirse para proporcionar un rendimiento positivo ajustado al riesgo a menos que se implementen medidas de gestión del riesgo adecuadas.
Idoneidad para aplicaciones industriales:
Aunque muchos proyectos hidroeléctricos proporcionan redes eléctricas públicas, algunos están diseñados para servir a empresas industriales específicas. Los proyectos hidroeléctricos dedicados a menudo se construyen para proporcionar las cantidades sustanciales de electricidad necesarias para las plantas de aluminio electrolítico, por ejemplo: la presa Grand Coulee se movió para apoyar el aluminio de Alcoa en Bellingham, Washington, Estados Unidos, para los aviones estadounidenses de la Segunda Guerra Mundial, antes de que se le permitiera proporcionar irrigación y energía a los ciudadanos después de la guerra. En Surinam, el embalse de Brokopondo fue construido para suministrar electricidad a la industria del aluminio de Alcoa. La planta de Manapouri en Nueva Zelanda fue construida para suministrar electricidad a la fundición de aluminio de Tiwai Point.
Reducción de las emisiones de CO2:
Debido a que las centrales hidroeléctricas no utilizan combustible, la generación de energía no produce dióxido de carbono. Mientras que el dióxido de carbono se produce inicialmente durante la construcción del proyecto y el metano es emitido anualmente por las represas, la energía hidroeléctrica en casos específicos en los países nórdicos tiene las emisiones de gases de efecto invernadero más bajas en el ciclo de vida de la energía generada. En comparación con los combustibles fósiles que generan una cantidad equivalente de electricidad, la energía hidroeléctrica desplazó tres mil millones de toneladas de emisiones de CO2 en 2011. En comparación con los combustibles fósiles que generan una cantidad equivalente de electricidad, la energía hidroeléctrica ha ahorrado tres mil millones de toneladas de emisiones de CO2.
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