Comprender cómo la planta hidroeléctrica convierte la energía del agua en electricidad, sus ventajas y desventajas.
Imagen: La presa de Itaipu, Paraguay / Brasil por la Asociación Internacional de Energía Hidroeléctrica (IHA) tiene licencia CC BY 2.0
¿Qué es la energía hidráulica (hidroeléctrica)?
La energía hidroeléctrica es el uso de la energía cinética contenida en el flujo de los cuerpos de agua. La energía cinética promueve la rotación de las palas de las turbinas que componen el sistema de la central hidroeléctrica para luego ser transformadas en energía eléctrica por el generador del sistema.
¿Qué es una central hidroeléctrica (o central hidroeléctrica)?
Una central hidroeléctrica es un conjunto de obras y equipos que se utilizan para producir energía eléctrica a partir del aprovechamiento del potencial hidráulico de un río. El potencial hidráulico viene dado por el caudal hidráulico y la concentración del desnivel existente a lo largo del curso del río. El desnivel puede ser natural (cascadas) o construido en forma de presas o mediante el desvío del río de su cauce natural para formar embalses. Hay dos tipos de embalses: embalses de acumulación y embalses de pasada. Los depósitos de acumulación suelen formarse en las cabeceras de los ríos, en lugares en los que se producen altas cascadas y consisten en grandes embalses con grandes acumulaciones de agua. Los embalses de pasada aprovechan la velocidad del agua del río para generar electricidad, generando así una acumulación mínima o nula de agua.
Las plantas, a su vez, se clasifican de acuerdo con los siguientes factores: altura de la cascada, caudal, capacidad instalada o potencia, tipo de turbina utilizada en el sistema, presa y embalse. El sitio de construcción da la altura de la caída y el caudal, y estos dos factores determinan la capacidad instalada o potencia de una central hidroeléctrica. La capacidad instalada determina el tipo de turbina, la presa y el embalse.
Según un informe de la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel), el Centro Nacional de Referencia de Pequeñas Hidroeléctricas (Cerpch, de la Universidad Federal de Itajubá - Unifei) define la altura de la cascada como baja (hasta 15 metros), media ( 15 a 150 metros) y de altura (superior a 150 metros). Sin embargo, estas medidas no son consensuadas. El tamaño de la planta también determina el tamaño de la red de distribución que llevará la electricidad generada a los consumidores. Cuanto más grande es la planta, mayor es la tendencia a alejarse de los núcleos urbanos. Esto requiere la construcción de grandes líneas de transmisión que a menudo cruzan estados y causan pérdidas de energía.
¿Cómo funciona una central hidroeléctrica?
Para la producción de energía hidroeléctrica es necesario integrar el caudal del río, la diferencia de terreno (natural o no) y la cantidad de agua disponible.
El sistema de una central hidroeléctrica consta de:
Represa
El propósito de la presa es interrumpir el ciclo natural del río creando un depósito de agua. El embalse tiene otras funciones además de almacenar agua, como crear la brecha de agua, captar agua en un volumen adecuado para la producción de energía y regular el caudal de los ríos durante los períodos de lluvia y sequía.
Sistema de ingesta de agua (aducción)
Compuesto por túneles, canales y conductos metálicos que llevan el agua a la casa de máquinas.
Central eléctrica
En esta parte del sistema están las turbinas conectadas a un generador. El movimiento de las turbinas convierte la energía cinética del movimiento del agua en energía eléctrica a través de los generadores.
Hay varios tipos de turbinas, siendo las principales pelton, kaplan, francis y bulb. La turbina más adecuada para cada central hidroeléctrica depende de la altura de caída y del caudal. Un ejemplo: el bulbo se usa en plantas ordinarias porque no requiere la existencia de reservorios y está indicado para caídas bajas y caudales altos.
Canal de escape
Después de pasar por las turbinas, el agua se devuelve al lecho natural del río a través del canal de escape.
El canal de escape se encuentra entre la central eléctrica y el río y su tamaño depende del tamaño de la central eléctrica y del río.
Aliviadero
El aliviadero permite que el agua se escape siempre que el nivel del depósito exceda los límites recomendados. Esto suele ocurrir en períodos de lluvia.
El aliviadero se abre cuando la producción de electricidad se ve afectada porque el nivel del agua está por encima del nivel ideal; o para evitar desbordes y, consecuentemente, inundaciones alrededor de la planta, lo que es posible en periodos muy lluviosos.
Impactos socioambientales provocados por la implantación de centrales hidroeléctricas
La primera central hidroeléctrica se construyó a fines del siglo XIX en un tramo de las Cataratas del Niágara, entre Estados Unidos y Canadá, cuando el carbón era el principal combustible y el petróleo aún no se usaba mucho. Antes de eso, la energía hidráulica se usaba solo como energía mecánica.
A pesar de que la energía hidroeléctrica es una fuente de energía renovable, el informe de Aneel señala que su participación en la matriz eléctrica mundial es pequeña y cada vez menor. La creciente falta de interés sería consecuencia de las externalidades negativas derivadas de la ejecución de proyectos de esta envergadura.
Un impacto negativo de la implementación de grandes proyectos hidroeléctricos es el cambio en la forma de vida de las poblaciones que residen en la región, o en los alrededores del lugar, donde se implantará la planta. También es importante señalar que estas comunidades suelen ser grupos humanos identificados como poblaciones tradicionales (pueblos indígenas, quilombolas, comunidades ribereñas amazónicas y otras), cuya supervivencia depende del uso de los recursos del lugar donde viven y que tienen vínculos con el territorio. orden cultural.
¿Está limpia la energía hidroeléctrica?
A pesar de ser considerada por muchos como una fuente de energía “limpia” porque no está asociada con la quema de combustibles fósiles, la generación de energía hidroeléctrica contribuye a la emisión de dióxido de carbono y metano, dos gases potencialmente causantes del calentamiento global.
La emisión de dióxido de carbono (CO2) se debe a la descomposición de los árboles que quedan por encima del nivel del agua de los embalses, y la liberación de metano (CH4) se produce por la descomposición de la materia orgánica presente en el fondo del embalse. A medida que aumenta la columna de agua, también aumenta la concentración de metano (CH4). Cuando el agua llega a las turbinas de la planta, la diferencia de presión provoca la liberación de metano a la atmósfera. El metano también se libera en el camino del agua a través del aliviadero de la planta, cuando, además del cambio de presión y temperatura, el agua se rocía en gotas.
El CO2 es liberado por la descomposición de árboles muertos sobre el agua. A diferencia del metano, solo una parte del CO2 emitido se considera impactante, ya que una gran parte del CO2 se cancela mediante absorciones que ocurren en el embalse. Como el metano no se incorpora en los procesos de fotosíntesis (aunque puede transformarse lentamente en dióxido de carbono), en este caso se considera que tiene más impacto en el efecto invernadero.
El Proyecto Balcar (Emisiones de Gases de Efecto Invernadero en Reservorios de Plantas Hidroeléctricas) fue creado para investigar la contribución de los reservorios artificiales a la intensificación del efecto invernadero a través de la emisión de dióxido de carbono y metano. Los primeros estudios del proyecto se realizaron en los años 90, en embalses de la región amazónica: Balbina, Tucuruí y Samuel. La región amazónica se centró en el estudio porque se caracteriza por una cubierta vegetal masiva y, por lo tanto, un mayor potencial de emisiones de gases por descomposición de materia orgánica. Posteriormente, a fines de la década de 1990, el proyecto también incluyó a Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo y Barra Bonita.
Según el artículo que publicó el Dr. Philip M. Fearnside, del Instituto de Investigaciones Amazónicas, sobre las emisiones de gases en la Planta Tucuruí, en 1990, las emisiones de gases de efecto invernadero (CO2 y CH4) de la planta variaban entre 7 millones y 10 millones de toneladas ese año. El autor hace una comparación con la ciudad de São Paulo, que emitió 53 millones de toneladas de CO2 de combustibles fósiles en el mismo año. Es decir, solo Tucuruí sería responsable de la emisión del equivalente de 13% a 18% de las emisiones de gases de efecto invernadero en la ciudad de São Paulo, valor significativo para una fuente de energía considerada durante mucho tiempo “libre de emisiones”. Se creía que, con el tiempo, la materia orgánica sufriría una completa descomposición y, como consecuencia, dejaría de emitir estos gases. Sin embargo,Estudios del grupo Balcar han demostrado que el proceso de producción de gas se alimenta a través de la llegada de nuevos materiales orgánicos traídos por ríos y lluvias.
Pérdida de especies vegetales y animales
Especialmente en la región amazónica, que tiene una alta biodiversidad, se da la inevitable muerte de organismos de la flora del lugar donde se forma el embalse. En cuanto a los animales, incluso si se realiza una planificación minuciosa en un intento de eliminar los organismos, no se puede garantizar que se salven todos los organismos que componen el ecosistema. Además, la presa impone cambios en los hábitats circundantes.
Perdida de suelo
El suelo del área inundada quedará inutilizable para otros fines. Esto se convierte en un tema central, especialmente en regiones predominantemente planas, como la propia región amazónica. Dado que la potencia de la planta viene dada por la relación entre el caudal del río y el desnivel del terreno, si el terreno tiene un desnivel bajo, se debe almacenar una mayor cantidad de agua, lo que implica una extensa área de embalse.
Cambios en la geometría hidráulica del río
Los ríos tienden a tener un equilibrio dinámico entre la descarga, la velocidad promedio del agua, la carga de sedimentos y la morfología del lecho. La construcción de embalses afecta este equilibrio y, en consecuencia, provoca cambios de orden hidrológico y sedimentario, no solo en el sitio de la presa, sino también en el área circundante y en el lecho debajo de la presa.
Capacidad nominal x cantidad real producida
Otro tema a plantear es que existe una diferencia entre la capacidad instalada nominal y la cantidad real de energía eléctrica producida por la planta. La cantidad de energía producida depende del caudal del río.
Por tanto, de nada sirve instalar un sistema con potencial para producir más energía de la que puede proporcionar el caudal del río, como ocurrió en el caso de la central hidroeléctrica Balbina, instalada en el río Uatumã.
Potencia firme de la planta
Otro punto importante a tener en cuenta es el concepto de potencia firme de la planta. Según Aneel, la potencia firme de la planta es la máxima producción continua de energía que se podría obtener, considerando como base la secuencia más seca registrada en el historial de caudales del río en el que está instalada. Este problema tiende a ser cada vez más central ante los períodos de sequía cada vez más frecuentes y severos.
Energía hidroeléctrica en Brasil
Brasil es el país que posee el mayor potencial hidroeléctrico del mundo. De modo que el 70% del mismo se concentra en las cuencas de Amazonas y Tocantins / Araguaia. La primera gran central hidroeléctrica brasileña que se construyó fue Paulo Afonso I, en 1949, en Bahía, con una potencia equivalente a 180 MW. Actualmente, Paulo Afonso I forma parte del complejo hidroeléctrico Paulo Afonso, que comprende un total de cuatro plantas.
Balbina
La central hidroeléctrica Balbina se construyó en el río Uatumã, en Amazonas. Balbina se construyó para abastecer la demanda energética de Manaos. La previsión era la instalación de 250 MW de capacidad, a través de cinco generadores, con potencias de 50 MW cada uno. Sin embargo, el flujo del río Uatumã proporciona una producción de energía anual promedio mucho menor, alrededor de 112,2 MW, de los cuales solo 64 MW pueden considerarse como potencia firme. Considerando que existe una pérdida aproximada de 2.5% durante la transmisión de electricidad desde la planta al centro consumidor, solo 109.4 MW (62.4 MW en potencia firme). Valor muy por debajo de la capacidad nominal de 250 MW.
Itaipu
La central hidroeléctrica de Itaipu es considerada la segunda central más grande del mundo, con 14 mil MW de capacidad instalada, y solo superada por Três Gorges, en China con 18,2 mil MW. Construida sobre el río Paraná y ubicada en la frontera entre Brasil y Paraguay, es una planta binacional, ya que pertenece a ambos países. La energía generada por Itaipu que abastece a Brasil corresponde a la mitad de su potencia total (7 mil MW) que equivale al 16,8% de la energía consumida en Brasil, y la otra mitad de la potencia es utilizada por Paraguay y corresponde al 75% Consumo de energía paraguayo.
Tucuruí
La central de Tucuruí se construyó en el río Tocantins, en Pará y tiene una capacidad instalada equivalente a 8.370 MW.
Belo Monte
Sobre el río Xingú se construyó la central hidroeléctrica Belo Monte, ubicada en el municipio de Altamira, al suroeste de Pará e inaugurada por la presidenta Dilma Roussef. La planta es la central hidroeléctrica más grande 100% nacional y la tercera más grande del mundo. Con una capacidad instalada de 11.233,1 Megavatios (MW). Esto significa carga suficiente para atender a 60 millones de personas en 17 estados, lo que representa alrededor del 40% del consumo residencial en todo el país. La capacidad de producción instalada equivalente es de 11.000 MW, es decir, la planta más grande en potencia instalada. el país, tomando el lugar de la planta de Tucuruí como la mayor planta 100% nacional. Belo Monte es también la tercera central hidroeléctrica más grande del mundo, detrás de Três Gorges e Itaipu, respectivamente.
Muchos temas giran en torno a la construcción de la planta de Belo Monte. A pesar de ser la capacidad instalada de 11 mil MW, según el Ministerio del Ambiente, la potencia firme de la planta corresponde a 4.5 mil MW, es decir, solo el 40% de la potencia total. Debido a que está construido en una región amazónica, Belo Monte tiene el potencial de emitir grandes concentraciones de metano y dióxido de carbono. Todo esto sin contar el gran impacto en la vida de las poblaciones tradicionales y el gran impacto en la fauna y la flora. Otro factor es que su construcción beneficia mayoritariamente a las empresas, no a la población. Aproximadamente el 80% de la electricidad se destina a empresas del Centro-Sur del país.
Aplicabilidad
A pesar de los impactos socioambientales negativos mencionados, la energía hidroeléctrica tiene ventajas frente a las fuentes de energía no renovables como los combustibles fósiles. A pesar de contribuir a la emisión de metano y dióxido de azufre, las centrales hidroeléctricas no emiten ni liberan otro tipo de gases tóxicos, como los exhalados por las termoeléctricas, muy dañinos para el medio ambiente y la salud humana.
Sin embargo, son más evidentes las desventajas de las centrales hidroeléctricas frente a otras fuentes de energía renovable como la solar y la eólica, que tienen impactos ambientales reducidos en comparación con los impactos provocados por las centrales hidroeléctricas. El problema sigue siendo la viabilidad de las nuevas tecnologías. Una alternativa para reducir los impactos relacionados con la producción de energía hidroeléctrica es la construcción de pequeñas centrales hidroeléctricas, que no requieren la construcción de grandes embalses.
- Qué es la energía solar, ventajas y desventajas.
- ¿Qué es la energía eólica?
Además, las presas tienen una vida útil de alrededor de 30 años, lo que cuestiona su viabilidad a largo plazo.
El estudio "Energía hidroeléctrica sostenible en el siglo XXI", realizado por la Universidad Estatal de Michigan, llama la atención sobre el hecho de que las grandes represas hidroeléctricas podrían convertirse en una fuente de energía aún menos sostenible ante el cambio climático.
Es necesario considerar los verdaderos costos de la energía hidroeléctrica, no solo los costos económicos y de infraestructura, sino también los costos sociales, ambientales y culturales.
