Página semiprotejada
De Wikipedia, la enciclopedia libre
  (Redirigido desde Hydro-electric )
Saltar a navegación Saltar a búsqueda

Proporción de energía primaria procedente de energía hidroeléctrica, 2019
La presa de las Tres Gargantas en el centro de China es la instalación de producción de energía más grande del mundo de cualquier tipo.
Parte de una serie sobre
Energía sostenible
Aerogeneradores cerca de Vendsyssel, Dinamarca (2004)
Visión de conjunto
Conservación de energía
Energía renovable
Transporte sustentable

Generación mundial de electricidad por fuente en 2018. La generación total fue de 26,7 PWh . [1]

  Carbón (38%)
  Gas natural (23%)
  Hidro (16%)
  Nuclear (10%)
  Viento (5%)
  Aceite (3%)
  Solar (2%)
  Biocombustibles (2%)
  Otro (1%)

La hidroelectricidad , o energía hidroeléctrica , es electricidad producida a partir de energía hidroeléctrica . En 2015, la energía hidroeléctrica generó el 16,6% de la electricidad total del mundo y el 70% de toda la electricidad renovable , [2] y se esperaba que aumentara aproximadamente un 3,1% cada año durante los próximos 25 años.

La energía hidroeléctrica se produce en 150 países, y la región de Asia y el Pacífico generó el 33 por ciento de la energía hidroeléctrica mundial en 2013. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica, con 920 TWh de producción en 2013, lo que representa el 16,9% del uso doméstico de electricidad.

El costo de la energía hidroeléctrica es relativamente bajo, lo que la convierte en una fuente competitiva de electricidad renovable. La central hidroeléctrica no consume agua, a diferencia de las plantas de carbón o gas. El costo típico de la electricidad de una central hidroeléctrica de más de 10 megavatios es de 3 a 5 centavos de dólar por kilovatio hora . [3] Con una presa y un embalse también es una fuente flexible de electricidad, ya que la cantidad producida por la estación se puede variar hacia arriba o hacia abajo muy rápidamente (tan solo unos segundos) para adaptarse a las demandas cambiantes de energía. Una vez que se construye un complejo hidroeléctrico, el proyecto no produce residuos directos y, por lo general, tiene un nivel de producción de gases de efecto invernadero considerablemente más bajo que las plantas de energía fotovoltaica y ciertamentePlantas de energía alimentadas con combustibles fósiles (véase también Emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida de las fuentes de energía ). [4] Sin embargo, cuando se construyen en áreas de bosques tropicales de tierras bajas , donde es necesaria la inundación de una parte del bosque, pueden emitir cantidades sustanciales de gases de efecto invernadero.

La construcción de un complejo hidroeléctrico puede causar un impacto ambiental significativo, principalmente en la pérdida de tierras cultivables y el desplazamiento de la población. También alteran la ecología natural del río involucrado, afectando hábitats y ecosistemas, y los patrones de sedimentación y erosión. Si bien las presas pueden mejorar los riesgos de inundaciones, también contienen un riesgo de falla de la presa , que puede ser catastrófico.

Historia

Ver también: Energía hidroeléctrica § Historia
Museo Central hidroeléctrica ″ Under the Town ″ en Serbia , construida en 1900. [5]

La energía hidroeléctrica se ha utilizado desde la antigüedad para moler harina y realizar otras tareas. A finales del siglo XVIII, la energía hidráulica proporcionó la fuente de energía necesaria para el inicio de la Revolución Industrial . A mediados de la década de 1770, el ingeniero francés Bernard Forest de Bélidor publicó Arquitectura Hidráulica , que describe vertical- y horizontal del eje máquinas hidráulicas, y en 1771 Richard Arkwright combinación de ‘s la energía del agua , el marco de agua y la producción continua desempeñó un papel importante en el desarrollo del sistema fabril, con prácticas modernas de empleo. [6] En la década de 1840, la red de energía hidráulicafue desarrollado para generar y transmitir energía hidroeléctrica a los usuarios finales. A finales del siglo XIX, se desarrolló el generador eléctrico y ahora se podía acoplar al sistema hidráulico. [7] La creciente demanda derivada de la Revolución Industrial también impulsaría el desarrollo. [8] En 1878, William Armstrong desarrolló el primer esquema de energía hidroeléctrica del mundo en Cragside en Northumberland , Inglaterra . Se utilizó para alimentar una lámpara de arco único en su galería de arte. [9] La antigua central eléctrica número 1 de Schoelkopf , EE. UU., Cerca de las cataratas del Niágara, comenzó a producir electricidad en 1881. La primera central hidroeléctrica de Edison , Vulcan Street Plant , comenzó a operar el 30 de septiembre de 1882 en Appleton, Wisconsin , con una producción de aproximadamente 12,5 kilovatios. [10] En 1886 había 45 centrales hidroeléctricas en Estados Unidos y Canadá; y en 1889 había 200 solo en los Estados Unidos. [7]

La casa del generador de agua del castillo de Warwick , utilizada para la generación de electricidad para el castillo desde 1894 hasta 1940

A principios del siglo XX, empresas comerciales estaban construyendo muchas pequeñas centrales hidroeléctricas en montañas cercanas a áreas metropolitanas. Grenoble , Francia, celebró la Exposición Internacional de Energía Hidroeléctrica y Turismo , con más de un millón de visitantes. 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 terrenos y aguas federales. A medida que las centrales eléctricas se hicieron más grandes, sus presas asociadas desarrollaron propósitos adicionales, incluido el control de inundaciones , el riego y la navegación.. La financiación federal se hizo 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). [8] Además, la Oficina de Recuperación, que había comenzado una serie de proyectos de irrigación en el oeste de Estados Unidos a principios del siglo XX, ahora estaba construyendo grandes proyectos hidroeléctricos como la presa Hoover de 1928 . [11] El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos también participó en el desarrollo hidroeléctrico, completando la presa Bonneville en 1937 y siendo reconocido por la Ley de Control de Inundaciones de 1936como la principal agencia federal de control de inundaciones. [12]

Las centrales hidroeléctricas continuaron creciendo a lo largo del siglo XX. La energía hidroeléctrica se conoce como carbón blanco . [13] La central eléctrica inicial de 1.345 MW de la presa Hoover fue la central hidroeléctrica más grande del mundo en 1936; fue eclipsada por la presa Grand Coulee de 6.809 MW en 1942. [14] La presa de Itaipu se inauguró en 1984 en América del Sur como la más grande, produciendo 14 GW , pero fue superada en 2008 por la presa Three Gorges en China con 22,5 GW . La hidroelectricidad eventualmente abastecería a algunos países, incluida Noruega , República Democrática del Congo , Paraguay y Brasil , con más del 85% de su electricidad. Estados Unidos tiene actualmente más de 2.000 centrales hidroeléctricas que suministran el 6,4% de su producción eléctrica total, que es el 49% de su electricidad renovable. [8]

Potencial futuro

El potencial técnico para el desarrollo hidroeléctrico en todo el mundo es mucho mayor que la producción real: el porcentaje de capacidad hidroeléctrica potencial que no se ha desarrollado es del 71% en Europa, el 75% en América del Norte, el 79% en América del Sur, el 95% en África. , 95% en Oriente Medio y 82% en Asia-Pacífico. [15] Debido a las realidades políticas de los nuevos embalses en los países occidentales, las limitaciones económicas en el tercer mundo y la falta de un sistema de transmisión en áreas no desarrolladas, quizás el 25% del potencial técnicamente explotable restante se pueda desarrollar antes de 2050, con la mayor parte de eso en el área de Asia-Pacífico. Algunos países han desarrollado mucho su potencial hidroeléctrico y tienen muy poco margen de crecimiento: Suiza produce el 88% de su potencial y México el 80%. [15]

Generando métodos

Almacenamiento por bombeo
De pasada
De marea

Convencional (presas)

Ver también: Lista de centrales hidroeléctricas convencionales

La mayor parte de la energía hidroeléctrica proviene de la energía potencial del agua embalsada que impulsa una turbina de agua y un generador . 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 llama cabeza . Una tubería grande (la " compuerta ") lleva el agua del depósito a la turbina. [dieciséis]

Almacenamiento por bombeo

Artículo principal: Hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo
Véase también: Lista de centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo

Este método produce electricidad para satisfacer las demandas máximas elevadas moviendo agua entre depósitos a diferentes alturas. En momentos de baja demanda eléctrica, el exceso de capacidad de generación se utiliza para bombear agua al depósito superior. Cuando la demanda aumenta, el agua se devuelve al depósito inferior a través de una turbina. Los esquemas de almacenamiento por bombeo proporcionan actualmente el medio comercialmente más importante de almacenamiento de energía de la red a gran escala 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. [17]

De pasada

Artículo principal: Hidroelectricidad de pasada
Véase también: Lista de centrales hidroeléctricas de pasada

Las centrales hidroeléctricas de pasada son las que tienen poca o ninguna capacidad de embalse, por lo que sólo el agua que viene de aguas arriba está disponible para generar en ese momento, y cualquier sobreoferta debe pasar sin uso. Un suministro constante de agua de un lago o de un embalse existente río arriba es una ventaja significativa a la hora de elegir sitios para el paso del río. En los Estados Unidos, la energía hidroeléctrica de pasada podría proporcionar 60.000 megavatios (80.000.000 hp) (aproximadamente el 13,7% del uso total en 2011 si está disponible continuamente). [18]

Marea

Artículo principal: Poder de las mareas
Véase también: Lista de centrales mareomotrices

Una central de energía mareomotriz aprovecha la subida y bajada diaria del agua del océano debido a las mareas; tales fuentes son altamente predecibles y, si las condiciones permiten la construcción de reservorios, también pueden ser despachables para generar energía durante períodos de alta demanda. Los tipos menos comunes de esquemas hidroeléctricos utilizan la energía cinética del agua o fuentes sin represas como las ruedas hidráulicas debajo del agua . La energía de las mareas es viable en un número relativamente pequeño de lugares en todo el mundo. En Gran Bretaña, hay ocho sitios que podrían desarrollarse, que tienen el potencial de generar el 20% de la electricidad utilizada en 2012. [19]

Tamaños, tipos y capacidades de las instalaciones hidroeléctricas

Grandes instalaciones

Ver también: Lista de las centrales eléctricas más grandes y Lista de las centrales hidroeléctricas más grandes

Las centrales hidroeléctricas a gran escala se consideran más comúnmente como las instalaciones de producción de energía más grandes del mundo, con algunas instalaciones hidroeléctricas capaces de generar más del doble de la capacidad instalada de las centrales nucleares más grandes de la actualidad .

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 instalaciones hidroeléctricas.

Actualmente, solo cuatro instalaciones de más de 10 GW ( 10,000 MW ) están en operación en todo el mundo, consulte la tabla a continuación. [3]

RangoEstaciónPaísUbicaciónCapacidad ( MW )
1.Presa de las Tres Gargantas porcelana30 ° 49′15 ″ N 111 ° 00′08 ″ E / 30.82083 ° N 111.00222 ° E / 30.82083; 111.00222 ( Presa de las Tres Gargantas )22.500
2.Represa de Itaipu Brasil Paraguay
 		25 ° 24′31 ″ S 54 ° 35′21 ″ O / 25.40861 ° S 54.58917 ° W / -25.40861; -54.58917 ( Represa de Itaipu )14.000
3.Presa de Xiluodu porcelana28 ° 15′35 ″ N 103 ° 38′58 ″ E / 28.25972 ° N 103.64944 ° E / 28.25972; 103.64944 ( Presa Xiluodu )13,860
4.Presa de Guri Venezuela07 ° 45′59 ″ N 62 ° 59′57 ″ O / 7.76639 ° N 62.99917 ° W / 7.76639; -62.99917 ( Presa de Guri )10.200
Vista panorámica de la Represa de Itaipu , con los aliviaderos (cerrados en el 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 . [20]

Pequeño

Artículo principal: Pequeña hidroeléctrica

La pequeña hidroeléctrica es el desarrollo de energía hidroeléctrica a escala que sirve a una pequeña comunidad o planta industrial. La definición de un pequeño proyecto hidroeléctrico varía, pero generalmente se acepta una capacidad de generación de hasta 10 megavatios (MW) como el límite superior de lo que se puede denominar pequeña hidroeléctrica. Esto puede extenderse a 25 MW y 30 MW en Canadá y Estados Unidos. La producción de energía hidroeléctrica a pequeña escala creció un 29% entre 2005 y 2008, elevando la capacidad total de las pequeñas centrales hidroeléctricas a 85 GW . Más del 70% de esto fue en China ( 65 GW ), seguido de Japón ( 3,5 GW ), Estados Unidos (3 GW ) e India ( 2 GW ). [21] [22]

Una micro-instalación hidroeléctrica en Vietnam
Pico hydroelectricity en Mondulkiri , Camboya

Las pequeñas centrales hidroeléctricas pueden conectarse a redes de distribución eléctrica convencionales como fuente de energía renovable de bajo costo. Alternativamente, los pequeños proyectos hidroeléctricos pueden construirse en áreas aisladas que no serían rentables para servir desde una red, o en áreas donde no existe una red nacional de distribución eléctrica. Dado que los pequeños proyectos hidroeléctricos suelen tener depósitos mínimos y obras de construcción civil, 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 flujo de la corriente y la producción de energía.

Micro

Artículo principal: Micro hidro

Microhidráulica es un término utilizado para las instalaciones de energía hidroeléctrica que normalmente producen hasta 100 kW de potencia. Estas instalaciones pueden proporcionar energía a una casa aislada o una pequeña comunidad, o algunas veces están conectadas a redes de energía eléctrica. Hay 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. [23] Los sistemas microhidráulicos complementan los sistemas de energía solar fotovoltaica porque en muchas áreas, el flujo de agua y, por lo tanto, la energía hidroeléctrica disponible, es mayor en el invierno cuando la energía solar es mínima.

Pico

Artículo principal: Pico Hydro

Pico hydro es un término utilizado para 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, para alimentar una o dos bombillas fluorescentes y un televisor o radio en algunos hogares. [24] Incluso turbinas más pequeñas de 200-300 W pueden alimentar una sola casa en un país en desarrollo con una caída de solo 1 m (3 pies). Una configuración de Pico-hidro es típicamente de pasada , lo que significa que no se utilizan presas, sino que las tuberías desvían parte del flujo, lo dejan caer por un gradiente y a través de la turbina antes de devolverlo al arroyo.

Bajo tierra

Artículo principal: Central eléctrica subterránea

Una central eléctrica subterránea se utiliza generalmente en grandes instalaciones y hace uso de una gran diferencia de altura natural entre dos vías fluviales, como una cascada o un lago de montaña. Se construye un túnel para llevar agua desde el depósito alto hasta la sala de generación construida en una caverna cerca del punto más bajo del túnel de agua y un desagüe horizontal que lleva el agua al canal de salida inferior.

Medición de las tasas de carga y descarga en la estación generadora de piedra caliza en Manitoba , Canadá .

Calcular la potencia disponible

Artículo principal: Energía hidroeléctrica

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

dónde

  • es potencia (en vatios )
  • ( eta ) es el coeficiente de eficiencia (un coeficiente escalar sin unidades, que va desde 0 para completamente ineficiente a 1 para completamente eficiente).
  • ( rho ) es la densidad del agua (~ 1000  kg / m 3 )
  • es el caudal volumétrico (en m 3 / s)
  • es el caudal másico (en kg / s)
  • ( Delta h) es el cambio de altura (en metros )
  • es la aceleración debida a la gravedad (9,8 m / s 2 )

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 en el transcurso de un año.

Propiedades

Ventajas

La central eléctrica de Ffestiniog puede generar 360 MW de electricidad en los 60 segundos posteriores a la aparición de la demanda.

Flexibilidad

La energía hidroeléctrica es una fuente flexible de electricidad ya que las estaciones se pueden subir y bajar muy rápidamente para adaptarse a las cambiantes demandas de energía. [3] Las turbinas hidráulicas tienen un tiempo de arranque del orden de unos minutos. [25] Se necesitan entre 60 y 90 segundos para que una unidad pase del arranque en frío a la carga completa; esto es mucho más corto que para las turbinas de gas o las plantas de vapor. [26] La generación de energía también se puede reducir rápidamente cuando hay un excedente de generación de energía. [27] Por lo tanto, la capacidad limitada de las unidades hidroeléctricas no se utiliza generalmente para producir energía base, excepto para desocupar la piscina de inundación o satisfacer las necesidades aguas abajo. [28] En cambio, puede servir como respaldo para generadores no hidroeléctricos. [27]

Energía de bajo costo / alto valor

La principal ventaja de las represas hidroeléctricas convencionales con embalses es su capacidad para almacenar agua a bajo costo para su posterior despacho como electricidad limpia de alto valor. El costo promedio de la electricidad de una central hidroeléctrica de más de 10 megavatios es de 3 a 5 centavos de dólar por kilovatio-hora. [3] Cuando se utiliza como potencia máxima para satisfacer la demanda, la hidroelectricidad tiene un valor más alto que la energía base y un valor mucho más alto en comparación con las fuentes de energía intermitentes .

Las centrales hidroeléctricas tienen una larga vida económica, y algunas centrales siguen en servicio después de 50 a 100 años. [29] El costo de la mano de obra de operación también suele ser bajo, ya que las plantas están automatizadas y tienen poco personal en el sitio durante el funcionamiento normal.

Cuando una presa sirve para múltiples propósitos, se puede agregar una estación hidroeléctrica con un costo de construcción relativamente bajo, proporcionando un flujo de ingresos útil para compensar los costos de operación de la presa. Se ha calculado que la venta de electricidad de la presa de las Tres Gargantas cubrirá los costos de construcción después de 5 a 8 años de generación completa. [30] Sin embargo, algunos datos muestran que en la mayoría de los países las grandes represas hidroeléctricas serán demasiado costosas y tardarán demasiado en construirse para generar un rendimiento positivo ajustado al riesgo, a menos que se adopten las medidas adecuadas de gestión del riesgo. [31]

Idoneidad para aplicaciones industriales

Si bien muchos proyectos hidroeléctricos suministran redes públicas de electricidad, algunos se crean 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 electrolíticas de aluminio , por ejemplo. La presa Grand Coulee cambió 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 (además de energía de aluminio) después de la guerra. En Surinam , se construyó el embalse de Brokopondo para proporcionar electricidad a Alcoaindustria del aluminio. La central eléctrica de Manapouri en Nueva Zelanda se construyó para suministrar electricidad a la fundición de aluminio en Tiwai Point .

Emisiones de CO 2 reducidas

Dado que las represas hidroeléctricas no utilizan combustible, la generación de energía no produce dióxido de carbono . Si bien el dióxido de carbono se produce inicialmente durante la construcción del proyecto, y los embalses emiten algo de metano anualmente, la energía hidroeléctrica tiene una de las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida más bajo para la generación de electricidad. [32] 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 CO 2 en 2011. [33] Según un estudio comparativo del Instituto Paul Scherrer y la Universidad de Stuttgart , [34] la hidroelectricidad en Europa produce la menor cantidad degases de efecto invernadero y externalidad de cualquier fuente de energía. [35] En segundo lugar quedó la energía eólica , en tercer lugar la energía nuclear y en cuarto lugar la solar fotovoltaica . [35] El bajo impacto de la hidroelectricidad en los gases de efecto invernadero se encuentra especialmente en climas templados . Los mayores impactos de las emisiones de gases de efecto invernadero se encuentran en las regiones tropicales porque los reservorios de las centrales eléctricas en las regiones tropicales producen una mayor cantidad de metano que los de las áreas templadas. [36]

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

Otros usos del embalse

Los embalses creados por esquemas hidroeléctricos a menudo proporcionan instalaciones para deportes acuáticos y se convierten en atracciones turísticas. En algunos países, la acuicultura en embalses es común. Las presas de usos múltiples instaladas para el riego apoyan la agricultura con 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. [37]

Desventajas

Ver también: Debate sobre energías renovables § Desventajas de la hidroelectricidad

Daños al ecosistema y pérdida de tierras

Presa Merowe en Sudán . Las centrales hidroeléctricas que utilizan presas sumergen grandes áreas de tierra debido a la necesidad de un embalse . Estos cambios en el color de la tierra o el albedo , junto con ciertos proyectos que sumergen simultáneamente las selvas tropicales, pueden en estos casos específicos resultar en el impacto del calentamiento global, o en los gases de efecto invernadero del ciclo de vida equivalente de los proyectos hidroeléctricos, que potencialmente exceden el de las centrales eléctricas de carbón.

Los grandes embalses asociados con las centrales hidroeléctricas tradicionales dan como resultado la inmersión de extensas áreas río arriba de las presas, a veces destruyendo bosques, marismas y pastizales de tierras bajas y de valles ribereños biológicamente ricos y productivos. Las represas interrumpen el flujo de los ríos y pueden dañar los ecosistemas locales, y la construcción de grandes represas y embalses a menudo implica el desplazamiento de personas y vida silvestre. [3] La pérdida de tierra a menudo se ve agravada por la fragmentación del hábitat de las áreas circundantes causada por el embalse. [38]

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 cambia el entorno del río río abajo. El agua que sale de una turbina generalmente contiene muy pocos sedimentos en suspensión, lo que puede provocar la erosión de los lechos de los ríos y la pérdida de las riberas. [39] Dado que las compuertas de las turbinas a menudo se abren de manera intermitente, se observan fluctuaciones rápidas o incluso diarias en el flujo del río.

Pérdida de agua por evaporación

Un estudio de 2011 del Laboratorio Nacional de Energía Renovable concluyó que las plantas hidroeléctricas de Estados Unidos consumían entre 5,39 y 68,14 metros cúbicos por megavatio-hora (1425 a 18 000 galones estadounidenses por megavatio-hora) de electricidad generada, a través de pérdidas por evaporación en el embalse. La pérdida media fue de 17,00 m 3 / MWh (4491 gal EE.UU. / MWh), que es mayor que la pérdida de las tecnologías de generación que utilizan torres de enfriamiento, incluida la energía solar de concentración a 3,27 m 3 / MWh (865 gal EE.UU. / MWh) para CSP. canal y 2,98 m 3 / MWh (786 US gal / MWh) para la torre CSP, carbón a 2,60 m 3 / MWh (687 US gal / MWh), nuclear a 2,54 m 3 / MWh (672 US gal / MWh) y natural gas a 0,75 m 3/ MWh (198 galones estadounidenses / MWh). Donde hay múltiples usos de los reservorios, como el suministro de agua, recreación y control de inundaciones, toda la evaporación del reservorio se atribuye a la producción de energía. [40]

Escasez de sedimentación y flujo

Cuando el agua fluye, tiene la capacidad de transportar partículas más pesadas que él mismo corriente abajo. Esto tiene un efecto negativo en las presas y, posteriormente, en sus centrales eléctricas, en particular en los ríos o en zonas de captación con mucha sedimentación. La sedimentación puede llenar un embalse y reducir su capacidad para controlar las inundaciones, además de causar una presión horizontal adicional en la parte aguas arriba de la presa. Con el tiempo, algunos depósitos pueden llenarse de sedimentos e inutilizarse o desbordarse durante una inundación y fallar. [41] [42]

Los cambios en la cantidad de flujo del río se correlacionarán con la cantidad de energía producida por una presa. Los caudales más bajos de los ríos reducirán la cantidad de almacenamiento en vivo en un embalse, lo que reducirá la cantidad de agua que se puede usar para la energía hidroeléctrica. El resultado de la disminución del caudal del río puede ser la escasez de energía en áreas que dependen en gran medida de la energía hidroeléctrica. El riesgo de escasez de flujo puede aumentar como resultado del cambio climático . [43] Un estudio del río Colorado en los Estados Unidos sugiere que los cambios climáticos modestos, como un aumento de la temperatura en 2 grados Celsius que resulta en una disminución del 10% en las precipitaciones, podrían reducir la escorrentía del río hasta en un 40%. [43] Brasilen particular, es vulnerable debido a su fuerte dependencia de la energía hidroeléctrica, ya que el aumento de las temperaturas, el menor flujo de agua y las alteraciones en el régimen de lluvias podrían reducir la producción total de energía en un 7% anual para fines de siglo. [43]

Emisiones de metano (de embalses)

La represa Hoover en los Estados Unidos es una gran instalación hidroeléctrica convencional con represas, con una capacidad instalada de 2.080 MW .
Ver también: Impactos ambientales de los embalses

Los impactos positivos menores se encuentran en las regiones tropicales. En las áreas de selva tropical de tierras bajas , donde es necesaria la inundación de una parte del bosque, se ha observado que los depósitos de las centrales eléctricas producen cantidades sustanciales de metano . [44] Esto se debe al material vegetal en las áreas inundadas que se descompone en un ambiente anaeróbico y forma metano, un gas de efecto invernadero . Según el informe de la Comisión Mundial de Represas [45]donde el embalse es grande en comparación con la capacidad de generación (menos de 100 vatios por metro cuadrado de superficie) y no se llevó a cabo ninguna tala de bosques en el área antes del embalse del embalse, las emisiones de gases de efecto invernadero del embalse pueden ser superiores a los de una central térmica convencional de petróleo. [46]

En los reservorios boreales de Canadá y el norte de Europa, sin embargo, las emisiones de gases de efecto invernadero son típicamente solo del 2% al 8% de cualquier tipo de generación térmica convencional con combustibles fósiles. Una nueva clase de operación de tala submarina que tiene como objetivo los bosques anegados puede mitigar el efecto de la descomposición del bosque. [47]

Reubicación

Otra desventaja de las represas hidroeléctricas es la necesidad de reubicar a las personas que viven donde se planean 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. [48]

Riesgos de fallas

Ver también: Falla de presa y Lista de fallas de centrales hidroeléctricas

Debido a que las grandes instalaciones hidroeléctricas convencionales con represas retienen grandes volúmenes de agua, una falla debido a una construcción deficiente, desastres naturales o sabotaje puede ser catastrófica para los asentamientos y la infraestructura río abajo.

Durante el tifón Nina en 1975, la presa de Banqiao en el sur de China falló cuando más de un año de lluvia cayó en 24 horas (ver falla de la presa de Banqiao en 1975 ). La inundación resultante provocó la muerte de 26.000 personas y otras 145.000 por epidemias. Millones se quedaron sin hogar.

La creación de una presa en una ubicación geológicamente inadecuada puede causar desastres como el desastre de 1963 en la presa de Vajont en Italia, donde murieron casi 2.000 personas. [49]

La falla de la presa Malpasset en Fréjus en la Riviera francesa (Côte d'Azur), en el sur de Francia, colapsó el 2 de diciembre de 1959, matando a 423 personas en la inundación resultante. [50]

Las presas más pequeñas y las micro instalaciones hidroeléctricas generan menos riesgo, pero pueden generar peligros continuos incluso después de ser desmanteladas. Por ejemplo, el pequeño terraplén de tierra de la presa Kelly Barnes se derrumbó en 1977, veinte años después de la clausura de su central eléctrica, causando 39 muertes. [51]

Comparación e interacciones con otros métodos de generación de energía

La hidroelectricidad elimina las emisiones de gases de combustión de la combustión de combustibles fósiles , incluidos los contaminantes como el dióxido de azufre , el óxido nítrico , el monóxido de carbono , el polvo y el mercurio en el carbón . La hidroelectricidad también evita los peligros de la minería del carbón y los efectos indirectos sobre la salud de las emisiones de carbón.

La energía nuclear

En comparación con la energía nuclear , la construcción de energía hidroeléctrica requiere alterar grandes áreas del medio ambiente, mientras que una central nuclear tiene una huella pequeña, y las fallas de las centrales hidroeléctricas han causado decenas de miles de muertes más que cualquier falla de una central nuclear. [38] [49] [51] La creación de la presa Garrison , por ejemplo, requirió tierras nativas americanas para crear el lago Sakakawea, que tiene una costa de 2120 kilómetros (1320 millas), y provocó que los habitantes vendieran el 94% de sus cultivos tierra por $ 7,5 millones en 1949. [52]

Sin embargo, la energía nucleoeléctrica es relativamente inflexible; aunque la energía nucleoeléctrica puede reducir su producción con razonable rapidez. Dado que el costo de la energía nucleoeléctrica está dominado por sus altos costos de infraestructura, el costo por unidad de energía aumenta significativamente con una producción baja. Debido a esto, la energía nuclear se usa principalmente como carga de base . Por el contrario, la energía hidroeléctrica puede suministrar energía pico a un costo mucho menor. Por lo tanto, la hidroelectricidad se utiliza a menudo para complementar fuentes nucleares u otras para el seguimiento de cargas . Los ejemplos de países en los que están emparejados en una proporción cercana al 50/50 incluyen la red eléctrica en Suiza , el sector eléctrico en Suecia y, en menor medida, Ucrania y elSector eléctrico en Finlandia .

Energía eólica

La energía eólica pasa por variaciones predecibles según la temporada, pero es intermitentediariamente. La generación eólica máxima tiene poca relación con el consumo máximo diario de electricidad, el viento puede alcanzar su punto máximo durante la noche cuando no se necesita energía o permanecer quieto durante el día cuando la demanda eléctrica es más alta. Ocasionalmente, los patrones climáticos pueden resultar en vientos bajos durante días o semanas a la vez, un depósito hidroeléctrico capaz de almacenar semanas de producción es útil para equilibrar la generación en la red. La potencia eólica máxima se puede compensar con la energía hidroeléctrica mínima y el viento mínimo se puede compensar con la energía hidroeléctrica máxima. De esta manera, el carácter fácilmente regulable de la hidroelectricidad se utiliza para compensar la naturaleza intermitente de la energía eólica. Por el contrario, en algunos casos se puede utilizar la energía eólica como reserva de agua para su uso posterior en las estaciones secas.

En áreas que no tienen energía hidroeléctrica, el almacenamiento por bombeo cumple una función similar, pero a un costo mucho más alto y una eficiencia un 20% menor. Un ejemplo de esto es el comercio de Noruega con Suecia , Dinamarca , los Países Bajos y posiblemente Alemania o el Reino Unido en el futuro. [53] Noruega tiene un 98% de energía hidroeléctrica, mientras que sus vecinos de las llanuras están instalando energía eólica.

Capacidad hidroeléctrica mundial

Cuota mundial de energía renovable (2008)
Tendencias en los cinco principales países productores de energía hidroeléctrica
Ver también: Lista de países por producción de electricidad renovable y Costo de la electricidad por fuente
Ver también: Categoría: Hidroelectricidad por país

La clasificación de la capacidad hidroeléctrica es por la producción de energía anual real o por la potencia nominal de la capacidad instalada. En 2015, la energía hidroeléctrica generó el 16,6% de la electricidad total del mundo y el 70% de toda la electricidad renovable. [2] La energía hidroeléctrica se produce en 150 países, y la región de Asia y el Pacífico generó el 32 por ciento de la energía hidroeléctrica mundial en 2010. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica, con 721 teravatios-hora de producción en 2010, lo que representa alrededor del 17 por ciento del uso doméstico de electricidad. . Brasil , Canadá , Nueva Zelanda , Noruega , Paraguay , Austria , Suiza , Venezuela, y varios otros países tienen la mayor parte de la producción interna de energía eléctrica a partir de energía hidroeléctrica. Paraguay produce el 100% de su electricidad a partir de represas hidroeléctricas y exporta el 90% de su producción a Brasil y Argentina. Noruega produce el 96% de su electricidad a partir de fuentes hidroeléctricas. [54]

Una central hidroeléctrica rara vez opera a su máxima potencia durante un año completo; la relación entre la potencia media anual y la capacidad instalada es el factor de capacidad . La capacidad instalada es la suma de todas las potencias nominales del generador. [55]

Diez de los mayores productores hidroeléctricos en 2014. [54] [56] [57]
País
Producción hidroeléctrica anual ( TWh )
Capacidad instalada ( GW )
Factor de capacidad		% de la
producción total
 porcelana10643110,3718,7%
 Canadá383760,5958,3%
 Brasil373890,5663,2%
 Estados Unidos2821020,426,5%
 Rusia177510,4216,7%
 India132400,4310,2%
 Noruega129310,4996,0%
 Japón87500,378,4%
 Venezuela87150,6768,3%
 Francia69250,4612,2%

Ver también

  • Ingeniería hidráulica
  • Ríos internacionales
  • Lista de proyectos de almacenamiento de energía
  • Lista de fallas de centrales hidroeléctricas
  • Lista de las centrales eléctricas más grandes
  • Lista de temas de energía renovable por país
  • Listas de centrales hidroeléctricas
  • Energía de la corriente marina : electricidad de las corrientes marinas
  • Transición de energías renovables

Referencias

  1. ^ "Generación de electricidad por fuente" . Agencia Internacional de Energía .
  2. ^ a b http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report_REN21.pdf
  3. ↑ a b c d e Worldwatch Institute (enero de 2012). "Aumento del uso y la capacidad de la energía hidroeléctrica mundial" . Archivado desde el original el 24 de septiembre de 2014 . Consultado el 20 de enero de 2012 .
  4. ^ Renewables 2011 Global Status Report, página 25, Hydropower , REN21 , publicado en 2011, consultado el 19 de febrero de 2016.
  5. ^ Una de las centrales hidroeléctricas más antiguas de Europa construida sobre los Principels de Tesla , Exploraciones en la historia de las máquinas y mecanismos: Actas de HMM2012, Teun Koetsier y Marco Ceccarelli, 2012.
  6. ^ Maxine Berg, La edad de las manufacturas, 1700-1820: Industria, innovación y trabajo en Gran Bretaña (Routledge, 2005).
  7. ^ a b "Historia de la energía hidroeléctrica" . Departamento de Energía de EE. UU.
  8. ^ a b c "Energía hidroeléctrica" . Enciclopedia del agua.
  9. ^ Asociación de Arqueología Industrial (1987). Revista de arqueología industrial, volúmenes 10-11 . Prensa de la Universidad de Oxford. pag. 187.
  10. ^ "Energía hidroeléctrica - energía del agua que cae" . Clara.net.
  11. ^ "Ley del proyecto de Boulder Canyon" (PDF) . 21 de diciembre de 1928. Archivado desde el original (PDF) el 13 de junio de 2011.
  12. ^ La evolución de la Ley de control de inundaciones de 1936, Joseph L. Arnold , Cuerpo de ingenieros del ejército de los Estados Unidos , 1988 Archivado 2007-08-23 en Wayback Machine.
  13. ^ "Energía hidroeléctrica". El libro del conocimiento . Vol. 9 (ed. De 1945). pag. 3220.
  14. ^ "Presa Hoover y lago Mead" . Oficina de Reclamación de EE. UU.
  15. ^ a b "Esenciales de energía renovable: energía hidroeléctrica" (PDF) . IEA.org . Agencia Internacional de Energía . Archivado desde el original (PDF) el 29 de marzo de 2017 . Consultado el 16 de enero de 2017 .
  16. ^ "hidroelectricidad - explicado" .
  17. ^ Almacenamiento bombeado, explicado Archivado el 31 de diciembre de 2012 en la Wayback Machine.
  18. ^ "La energía hidroeléctrica de pasada va con la corriente" .
  19. ^ "Recursos energéticos: energía de las mareas" .
  20. ^ Papa, Gregory T. (diciembre de 1995), "Las siete maravillas del mundo moderno" , Popular Mechanics , págs. 48–56
  21. ^ Actualización de 2006 del informe de estado global de energías renovables Archivado el 18 de julio de 2011, en Wayback Machine , REN21 , publicado en 2006
  22. ^ Actualización del Informe de estado global de energías renovables 2009 Archivado el 18 de julio de 2011, en Wayback Machine , REN21 , publicado en 2009
  23. ^ "Micro Hydro en la lucha contra la pobreza" . Tve.org. Archivado desde el original el 26 de abril de 2012 . Consultado el 22 de julio de 2012 .
  24. ^ "Pico Hydro Power" . T4cd.org. Archivado desde el original el 31 de julio de 2009 . Consultado el 16 de julio de 2010 .
  25. ^ Robert A. Huggins (1 de septiembre de 2010). Almacenamiento de energía . Saltador. pag. 60. ISBN 978-1-4419-1023-3.
  26. ^ Herbert Susskind; Chad J. Raseman (1970). Almacenamiento por bombeo hidroeléctrico combinado y generación de energía nuclear . Laboratorio Nacional de Brookhaven. pag. 15.
  27. ↑ a b Bent Sørensen (2004). Energía renovable: sus aspectos de física, ingeniería, uso, impactos ambientales, economía y planificación . Prensa académica. págs. 556–. ISBN 978-0-12-656153-1.
  28. ^ Servicio geológico (Estados Unidos) (1980). Documento Profesional de Servicio Geológico . Oficina de Imprenta del Gobierno de EE. UU. pag. 10.
  29. ^ Energía hidroeléctrica: ¿una forma de independizarse de la energía fósil? Archivado el 28 de mayo de 2008 en la Wayback Machine.
  30. ^ "Más allá de las Tres Gargantas en China" . Waterpowermagazine.com. 2007-01-10. Archivado desde el original el 14 de junio de 2011.
  31. ^ Ansar, Atif; Flyvbjerg, Bent; Budzier, Alexander; Lunn, Daniel (marzo de 2014). "¿Deberíamos construir presas más grandes? Los costos reales del desarrollo de megaproyectos hidroeléctricos". Política energética . 69 : 43–56. arXiv : 1409.0002 . doi : 10.1016 / j.enpol.2013.10.069 . S2CID 55722535 . SSRN 2406852 .  
  32. ^ http://hydropower-assets.s3.eu-west-2.amazonaws.com/publications-docs/iha_2018_hydropower_status_report_4.pdf pg16
  33. ^ "Energía hidroeléctrica" . IEA.org . Agencia Internacional de Energía .
  34. ^ Rabl A .; et al. (Agosto de 2005). "Informe técnico final, versión 2" (PDF) . Externalidades de la energía: extensión del marco contable y aplicaciones de políticas . Comisión Europea. Archivado desde el original (PDF) el 7 de marzo de 2012.
  35. ^ a b "Costos externos de los sistemas eléctricos (formato gráfico)" . ExternE-Pol . Evaluación de tecnologías / GaBE ( Paul Scherrer Institut ). 2005. Archivado desde el original el 1 de noviembre de 2013.
  36. ^ Wehrli, Bernhard (1 de septiembre de 2011). "Ciencia del clima: renovable pero no libre de carbono". Geociencias de la naturaleza . 4 (9): 585–586. Código Bibliográfico : 2011NatGe ... 4..585W . doi : 10.1038 / ngeo1226 .
  37. ^ Atkins, William (2003). "Energía hidroeléctrica". Agua: ciencia y problemas . 2 : 187-191.
  38. ↑ a b Robbins, Paul (2007). "Energía hidroeléctrica". Enciclopedia de Medio Ambiente y Sociedad . 3 .
  39. ^ "Problemas de sedimentación con presas" . Internationalrivers.org . Consultado el 16 de julio de 2010 .
  40. ^ John Macknick y otros, Una revisión del consumo de agua operativo y los factores de extracción para las tecnologías de generación de electricidad , Laboratorio nacional de energía renovable, Informe técnico NREL / TP-6A20-50900.
  41. ^ Patrick James, H Chansen (1998). "Estudios de casos de enseñanza en sedimentación de embalses y erosión de cuencas" (PDF) . Gran Bretaña: Publicaciones TEMPUS. págs. 265-275. Archivado desde el original (PDF) el 2009-09-02.
  42. ^ Șentürk, Fuat (1994). Hidráulica de presas y embalses (ed. Referencia). Highlands Ranch, Colorado: Publicaciones sobre recursos hídricos. pag. 375. ISBN 0-918334-80-2.
  43. ^ a b c Frauke Urban y Tom Mitchell 2011. Cambio climático, desastres y generación de electricidad. Archivado el 20 de septiembre de 2012 en Wayback Machine . Londres: Instituto de Desarrollo de Ultramar e Instituto de Estudios del Desarrollo
  44. ^ "El ahogamiento deliberado de la selva tropical de Brasil está empeorando el cambio climático" , Daniel Grossman 18 de septiembre de 2019, New Scientist ; Consultado el 30 de septiembre de 2020.
  45. ^ "Informe de WCD Findal" . Dams.org. 2000-11-16. Archivado desde el original el 21 de agosto de 2013.
  46. ^ Graham-Rowe, Duncan (24 de febrero de 2005). "El sucio secreto de la energía hidroeléctrica al descubierto" . NewScientist.com .
  47. ^ " " Redescubierto "Wood & The Triton Sawfish" . Inhabitat. 2006-11-16.
  48. ^ "Informe de la Comisión Mundial de Represas" . Internationalrivers.org. 2008-02-29.
  49. ^ a b Se pueden encontrar referencias en la lista de fallas de presas .
  50. ^ Bruel, Frank. "La catástrofe de Malpasset en 1959" . Consultado el 2 de septiembre de 2015 .
  51. ^ a b Sitio histórico de Toccoa Flood USGS, recuperado 02sep2009
  52. ^ Lawson, Michael L. (1982). Indios condenados: el plan Pick-Sloan y el río Missouri Sioux, 1944–1980 . Norman: Prensa de la Universidad de Oklahoma.
  53. ^ "Noruega es la" batería " más barata de Europa " . SINTEF.no . 18 de diciembre de 2014.
  54. ^ a b "Atracones y purgas" . The Economist . 2009-01-22 . Consultado el 30 de enero de 2009 . El 98-99% de la electricidad de Noruega proviene de plantas hidroeléctricas.
  55. ^ Consumo BP.com [ enlace muerto ]
  56. ^ "Estadísticas energéticas mundiales clave de 2015" (PDF) . informe . Agencia Internacional de Energía (IEA). Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 1 de junio de 2016 .
  57. ^ "Indicadores 2009, industria nacional de energía eléctrica" . Gobierno chino. Archivado desde el original el 21 de agosto de 2010 . Consultado el 18 de julio de 2010 .

enlaces externos

  • Asociación Internacional de Energía Hidroeléctrica
  • Hidroelectricidad en Curlie
  • Asociación Nacional de Energía Hidroeléctrica , EE. UU.
  • Coalición para la reforma de la energía hidroeléctrica
  • Demostración interactiva sobre los efectos de las presas en los ríos
  • Asociación europea de pequeñas centrales hidroeléctricas
  • IEC TC 4: Turbinas hidráulicas (Comisión Electrotécnica Internacional - Comité Técnico 4) Portal IEC TC 4 con acceso al alcance, documentos y sitio web del TC 4