Energía hidroeléctrica. | | Química

La energía hidroeléctrica es aquella generada por la acción del movimiento del agua, por lo general en caídas (saltos geodésicos) y desniveles o en represas especializadas, en donde se instalan centrales eléctricas para aprovechar la energía mecánica del líquido en movimiento y activar las turbinas del generador que produce la electricidad. Una vez utilizada, el agua es devuelta río abajo.

Antecedentes.

Desde la remota antigüedad se utilizaban molinos de agua para moler trigo y hacer harina, hasta la actualidad, a partir de esta energía nació a grandes obras de ingeniería que hoy produce aproximadamente el 20% del total de electricidad en el mundo.

Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII.

Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico ohn Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.

El verdadero aprovechamiento de la energía del agua comenzó en los inicios de la Revolución Industrial con el aumento de la producción energética, pues la creciente industrialización en Europa que provoco una progresiva demanda eléctrica, ya que la extracción de carbón no era lo suficientemente fuerte como para cubrir las necesidades industriales.

La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial, y aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible.

La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX.

En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.

A principios de la década de 1990, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Estados Unidos y Canadá, la cual obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento.

Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), República Democrática del Congo (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el Río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo.

La energía hidroeléctrica global.

Este método de aprovechamiento del agua provee un quinto de la energía eléctrica a nivel mundial, y no es precisamente nuevo en la historia humana: los antiguos griegos, siguiendo el mismo y exacto principio, molían trigo para hacer harina aprovechando la fuerza del agua o del viento con una serie de molinos. Sin embargo, la primera central hidroeléctrica como tal se construyó en 1879 en los Estados Unidos.

La producción de electricidad ha sido y es cada día más un elemento decisivo en el desarrollo económico y social, y por consiguiente en el mejoramiento de las condiciones de vida de la humanidad. Sin embargo, actualmente 1 700 millones de personas en los países en desarrollo no tienen acceso a la electricidad. La mayoría de ellos viven en áreas rurales y a pesar de los programas de electrificación rural, el número de personas sin electricidad crece, en gran medida porque el crecimiento de la población es mayor que el crecimiento de las facilidades. Es significativo que 80% de la población viva en el mundo en desarrollo y que esos países consuman solamente 20% de la energía producida comercialmente. De acuerdo con el Banco Mundial, los pobres gastan más de 12% de sus ingresos en energía, lo que representa, en proporción, más de cuatro veces lo que gasta una familia de ingresos medios en el mundo desarrollado.

La energía hidráulica suministra 17% de la electricidad producida en el mundo, con una capacidad instalada de unos 730 GW, y con otros 100 GW en proceso de construcción. De ese modo, resulta la más importante de las fuentes renovables de energía para la producción de electricidad. Esa energía se produce en grandes y pequeñas centrales hidroeléctricas (PCHE). Todavía no existe una definición aceptada internacionalmente de PCHE, y su potencia límite se ha definido de modo diferente en diversos países y por distintas autoridades. Por ejemplo, la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) considera PCHE las estaciones que tienen una potencia instalada de menos de 5 MW.
La Comisión Europea asigna a ese límite 10 MW; la India lo sube a 25 MW; China,
a 50 MW. Otros lo consideran como de 15 MW y hasta de 30 MW. Con esta incertidumbre resulta difícil interpretar cuando algunos autores, como Taylor, Upadhyay
y Laguna, refieren que la potencia instalada en PCHE en el mundo en el 2002 era
de 47 GW, similar en escala a la de otras fuentes renovables.

La energía hidroeléctrica en Cuba.

… crear una conciencia profunda en torno a los problemas de la energía; analizar las medidas adoptadas; elaborar nuevas ideas, conceptos y… ríos que permitan utilizar y resolver, con la energía hidráulica, las demandas fundamentales de electricidad. Otros muchos países…

Discurso pronunciado por el comandante en jefe Fidel Castro Ruz en el acto de clausura del primer fórum nacional de energía, celebrado en el teatro «Carlos Marx», el 4 de diciembre de 1984

La energía hidroeléctrica en Cuba tiene su génesis en la hidroeléctrica de Salto Piloto es la más antigua de Cuba y una de las más antigua de Ámerica Latina, construida el 15 de abril del 1912. Actualmente genera 2 130 megawatts al año al Sistema Eléctrico Nacional, sin gasto energético alguno, representando un ahorro de 450 toneladas de combustible anuales.

Según el Ministerio de Energía y Minas de la Isla, la matriz energética permitirá a Cuba pasar del cuatro al 24 por ciento del total de la energía que el país generará en 2030, según las declaraciones del porta voz de esta institución esa transformación será posible, además, por el incremento en la participación de las energías renovables, lo que unido a lo anterior asegurará una generación de 7 245 gigawatt en ese año.

También menciona que las bioeléctricas (energía eléctrica limpia) que generarán electricidad a partir de la biomasa cañera, para lo cual se construirán 19 instalaciones de ese tipo que aportarán alrededor de 755 megawatt.

El otro programa es el de energía eólica con la construcción de 13 parques que generarán 633 megavatios, y el de energía solar fotovoltaica que producirá 700 en varios emplazamientos distribuidos por todo el país.

Como parte de la política de desarrollo de las fuentes de energía renovables y la eficiencia energética aprobada en 2014, se acordó también construir 74 pequeñas hidroeléctricas que generarán 56 megavatios ya que nuestro país no tiene alto potencial para el desarrollo de la energía hidráulica.

Tipos de centrales hidroeléctricas.

De acuerdo a su concepción arquitectónica, suele distinguirse entre centrales hidroeléctricas al aire libre, como las instaladas al pie de una caída de agua o de una presa, y centrales hidroeléctricas en caverna, aquellas alejadas de la fuente de agua pero conectadas a ella mediante tuberías a presión y otro tipo de túneles.

También pueden clasificarse estas centrales conforme a:

Según el flujo del agua:

Centrales de agua fluyente. Operan de forma continua, aprovechando el agua de un río o una caída, pues no tienen capacidad para almacenamiento de aguas como en los embalses. También denominadas «centrales de filo de agua» o «de pasada», utilizan parte del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan de forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua al no disponer de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento limitadas por la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte, u horizontal, cuando la pendiente del río es baja.
Centrales de embalse. Retienen el agua mediante un dique y la permiten fluir a través de las turbinas, manteniendo un flujo constante y controlable, pues utilizan un embalse para almacenar agua e ir graduando el caudal que pasa por la turbina. Son mucho más costosas que las de agua fluyente pero es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica.
Centrales con regulación. Instaladas en ríos, pero con capacidad para almacenar agua.
Centrales de bombeo. Combinan la generación de electricidad por el flujo del agua con la capacidad de envío a presión del líquido de nuevo hacia arriba, perpetuando el ciclo y funcionando como gigantescas baterías.

Según su altura de caída del agua

Centrales de alta presión: Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de desnivel, por lo que solían equiparse con turbinas Pelton.
Centrales de media presión: Son las centrales con un desnivel de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis, aunque también se pueden usar turbinas Kaplan.
Centrales de baja presión: Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m; habitualmente utilizan turbinas Kaplan.
Centrales de muy baja presión: Son centrales correspondientes equipadas con nuevas tecnologías, pues a partir de un cierto desnivel, las turbinas Kaplan no son aptas para generar energía. Serían en inglés las very low head, y suelen situarse por debajo de los 4 m.

Centrales hidroeléctricas mareomotrices.

Centrales mareomotrices: Utilizan el flujo y reflujo de las mareas. Pueden ser ventajosas en zonas costeras donde las diferencias entre las mareas son amplias y las condiciones morfológicas de la costa permiten la construcción de una presa que corta la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.
Centrales mareomotrices sumergidas: Utilizan la energía de las corrientes submarinas. En 2002, en Gran Bretaña se implementó la primera de estas centrales a nivel experimental.
Centrales que aprovechan el movimiento de las olas: Este tipo de central es objeto de investigación desde la década de los 80. A inicios de agosto de 1995, el Ocean Swell Powered Renewable Energy (OSPREY) construyó la primera central que utiliza la energía de las olas en el norte de Escocia. La potencia de esta central era de 2 MW, pero fue destruida un mes más tarde por un temporal.

Ventajas de la energía hidroeléctrica.

La energía hidroeléctrica estuvo muy en boga durante la segunda mitad del siglo XX, dadas sus incuestionables virtudes que son:

Limpieza. En comparación con la quema de combustibles fósiles, se trata de una energía poco contaminante. Es una energía totalmente limpia, no emite gases, no produce emisiones toxicas, y no causa ningún tipo de lluvia acida.
Seguridad. Comparada con los posibles desastres que entraña la energía nuclear o con otras formas riesgosas de generación de electricidad, sus riesgos son manejables. Se pueden regular los controles de flujo en caso de que haya riesgo de una inundación.
Constancia. Los suministros de agua de los ríos y las grandes caídas suelen ser bastante constantes a lo largo del año, garantizando el funcionamiento regular de la planta generadora. Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable.
Economía. Al no requerir materia prima, ni complicados procesos, es un modelo de generación de electricidad económico y sencillo, por lo que abarata los costos de toda la cadena de producción y consumo de la energía, existen mejoras tecnológicas constantemente que ayudan a explotar de manera más eficiente los recursos.
Autonomía. Al no requerir de materia prima ni insumos (más allá de las refacciones eventuales), supone un modelo bastante independiente de las fluctuaciones del mercado y de los tratados internacionales o las disposiciones políticas. Permite el almacenamiento de agua para abastecer fácilmente a actividades recreativas o sistemas de riego.
La más vieja y la más grande. La primera central hidroeléctrica del mundo se construyó en 1880 en Gran Bretaña. En la actualidad, la central más grande del mundo es china, se llama Tres Gargantas y se ubica sobre el río Yangtsé.

Desventajas de la energía hidroeléctrica.

Incidencia local. La construcción de represas y diques, así como la instalación de turbinas y generadores tiene un impacto en el curso de los ríos que a menudo incide sobre los ecosistemas locales.
Riesgo eventual. Si bien es poco frecuente y evitable con una buena rutina de mantenimiento, es posible que una rotura en un dique ocasione la liberación descontrolada de un volumen de agua superior al manejable y eso acarree inundaciones y catástrofes locales.
Impacto paisajístico. La mayoría de estas instalaciones alteran radicalmente los paisajes naturales y tienen una incidencia en la paisajística local, si bien puede volverse asimismo puntos de referencia turística.
Deterioro de los cauces. Esto todo tiene un impacto fluvial a considerar la continua intervención sobre el flujo del agua erosiona los cauces de los ríos y altera la naturaleza del agua, las represas afectan al lecho de los ríos, causando erosión y afectar el ecosistema del lugar.
Posibles sequías. En casos de sequía extrema, estos modelos de generación ven limitada su producción, ya que el volumen de agua es menor al idóneo. Esto puede significar recortes energéticos o aumentos de tarifas, dependiendo de la magnitud de la sequía.
Gran inversión. La construcción de las platas requiere una gran inversión, por otra parte, los sitios donde se pueden construir centrales en condiciones económicas son muy limitadas.
Impacto biológico. Las presas se convierten en obstáculos para las especies como el salmón.

Las hidroeléctricas más importantes del mundo son:

Las cataratas del Niágara. La central hidroeléctrica Robert Moses Niágara Power Plant ubicada en los Estados Unidos fue la primera central hidroeléctrica de la historia en construirse, aprovechando la fuerza de las enormes cataratas del Niágara en Appleton, Wisconsin.
Presa hidroeléctrica de Krasnoyarsk. Una represa de hormigón de 124 m de altura ubicada en el río Yeniséi en Divnogorsk, Rusia, construida entre 1956 y 1972 y que proporciona alrededor de 6000 MW de energía al pueblo ruso. Para su funcionamiento se creó el embalse Krasnoyarkoye.
Embalse de Salime. Este embalse español ubicado en Asturias, sobre el cauce del río Navia, se inauguró en 1955 y brinda a la población unos 350 GWh anuales. Para construirla hubo que cambiar para siempre el cauce del río e inundar casi dos mil fincas en 685 hectáreas de terreno cultivable, junto con fincas urbanas, puentes, cementerios capillas e iglesias.
Central hidroeléctrica del Guavio. Segunda mayor central eléctrica en funcionamiento en territorio colombiano, se ubica en Cundinamarca, a 120km de Bogotá y genera unos 1213 MW de electricidad. Entró en operación en 1992, a pesar de que tres de unidades adicionales aún no han sido instaladas por motivos financieros. De hacerlo, el rendimiento de este embalse aumentaría a 1900 MW, la mayor de todo el país.
Central hidroeléctrica Simón Bolívar. También llamada Presa del Guri, se ubica en el estado Bolívar, Venezuela, en la desembocadura del río Caroni en el célebre río Orinoco. Pose un embalse artificial llamado Embalse del Guri, con el cual se suministra electricidad a buena parte del país e incluso se vende a las poblaciones fronterizas del norte del Brasil. Fue inaugurada en su totalidad en 1986 y es la cuarta central hidroeléctrica más grande del mundo, ofreciendo 10.235 MW de capacidad total instalada en 10 unidades distintas.
Represa de Xilodu. Ubicada en el río Jinsha al sur de China, posee una capacidad instalada de 13860 Mw de electricidad, además de permitir el control del flujo de las aguas para facilitar la navegación y evitar inundaciones. Es actualmente la tercera central hidroeléctrica más grande del mundo y también la cuarta represa más alta del planeta.
Presa de las Tres Gargantas. También ubicada en China, en el río Yangtsé al centro de su territorio, es la planta hidroeléctrica más grande del mundo, con una potencia total de 24000 MW. Fue culminada en 2012, luego de inundar 19 ciudades y 22 pueblos (630 km² de superficie), con lo que casi 2 millones de personas debieron ser evacuadas y reubicadas. Con su presa de 2309 metros de longitud y 185 de altura, esta central por sí sola brinda el 3% del colosal consumo energético de este país.
Represa de Yacyretá-Apipé. Esta represa ubicada en una zona conjunta argentino-paraguaya sobre el río Paraná, abastece casi el 22% de la demanda argentina de energía con sus 3100 MW de potencia. Fue una construcción sumamente polémica, ya que requirió la anegación de hábitats únicos de la región y la extinción de decenas de especies endémicas de animales y plantas.
Proyecto Hidroeléctrico Palomino. Este proyecto en construcción en la República Dominicana se ubicará en los ríos Yaraque-Sur y Blanco, en donde se emplazará un embalse de 22 hectáreas de área total y que aumentará en un 15% la generación energética de dicho país.
Represa de Itaipú. Segunda central hidroeléctrica más grande del mundo, es un proyecto binacional entre Brasil y Paraguay para aprovechar su frontera sobre el río Paraná. El largo artificial de la represa abarca unos 29000 hm³ de agua en un área aproximada de 14000 km². Su capacidad de generación es de 14000 MW e inició su producción en 1984.