Energía hidroeléctrica


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Fig. 1. Una represa hidroeléctrica donde se genera hidroelectricidad.[1]

La hidroelectricidad extrae la energía mecánica del agua, transformándola en energía eléctrica para generar electricidad. El agua en el medio ambiente suele tener tanto energía potencial gravitacional como energía cinética, que puede generar electricidad mediante un generador. Hay que tener en cuenta que tradicionalmente esto no se refiere a la energía obtenida del agua que fluye en forma de mareas. En el caso de la obtención de energía de las mareas, se utiliza el término "energía mareomotriz". La cantidad de energía potencial almacenada en una masa de agua en una represa hidroeléctrica se mide utilizando la diferencia de altura entre la cabecera (el canal de agua que fluye hacia la turbina dentro de la represa) y la cola (el canal de agua que fluye fuera de la represa). Esta diferencia de altura se conoce como el cabezal de elevación, que es una parte del cabezal hidráulico. Aproximadamente una sexta parte de la electricidad del mundo procede de instalaciones hidroeléctricas, mientras que los valores de principios del siglo XX eran mucho más altos. En algunos países del mundo, la hidroelectricidad es la forma dominante de generación de energía eléctrica.[2]

Países como China, Canadá y Brasil son los líderes en la generación total de hidroelectricidad, con capacidades de 200 GW, 89 GW y 70 GW respectivamente.[3] Otros productores notables son Rusia, India, Noruega, Japón y Venezuela (el cual depende casi por completo de la energía hidroeléctrica).[3] Véase la visualización de datos a continuación para ver más estadísticas sobre la hidroelectricidad en el mundo.

Fig. 2. Fotografía de una rueda hidráulica en Siria en 1916, utilizada aquí para el riego.[4]

Generación

El ser humano lleva milenios aprovechando la energía del agua, aunque no explícitamente para la generación de electricidad. Los antiguos griegos utilizaban ruedas hidráulicas para moler el trigo hace más de 2000 años.[5] La energía hidráulica siguió convirtiéndose exclusivamente en potencia mecánica hasta finales del siglo XIX, cuando se acoplaron dinamos eléctricas al eje para generar electricidad.[6] Los dinamos fueron el primer tipo de generador eléctrico.

La hidroelectricidad se genera en una instalación hidroeléctrica que, para la generación a gran escala, incluye una represa hidroeléctrica. En estas instalaciones, una presa retiene un gran volumen de agua, creando un embalse. Este embalse mantiene el agua a una altura mayor que la del lado corriente abajo de la presa. En comparación con el agua del río, el agua del embalse tiene una mayor cantidad de energía potencial. Cuando se abre una compuerta en la parte superior de la presa, el agua del embalse fluye por unos canales llamados tuberías forzadas hasta las turbinas. Cuando el agua llega a las turbinas, la energía potencial que contiene se convierte en energía cinética. El agua que fluye se utiliza para hacer girar las veletas de la turbina. Cuando las turbinas giran, mueven un generador y generan electricidad.

Aunque muchas instalaciones hidroeléctricas utilizan presas, hay algunos tipos de sistemas que no utilizan presas y tienen muy poco almacenamiento de agua (lo que significa que no hay una gran reserva de agua almacenada). Estos tipos de sistemas se conocen como sistemas de pasada, y han ido ganando popularidad como alternativa a las grandes presas de embalse.[7]

Clasificaciones

La generación hidroeléctrica convencional se basa en una diferencia de cabezal hidráulica creada por presas y obstrucciones hechas por el hombre. La mayor parte de la generación hidroeléctrica actual es convencional y se compone de presas hidroeléctricas y presas mareomotrices. Las técnicas de generación no convencionales suelen basarse en el caudal o en una pequeña diferencia de altura. Estas técnicas no convencionales producen menos energía que los métodos convencionales, pero también tienen un menor impacto en el medio ambiente circundante.[7] Algunos ejemplos de plataformas hidroeléctricas no convencionales son la hidroeléctrica de baja elevación, los sistemas de pasada, la hidroeléctrica en el río y la mareomotriz cinética.

Cada tipo de método de generación hidroeléctrica tiene una clasificación de producción asociada, basada en su capacidad, que se describe en la siguiente tabla.[8]

Clasificación Capacidad
Grande > 100 MW
Media 15 - 100 MW
Pequeña 1 - 15 MW
Mini 100 kW - 1 MW
Micro 5 - 100 kW
Pico ~ 200 W - 5 kW

Ventajas e Inconvenientes

Las centrales hidroeléctricas producen muchas menos emisiones de gases de efecto invernadero que otras opciones de generación de electricidad, como la combustión de combustibles fósiles.[9] El costo de operación cuando están construidas las presas y los embalses es relativamente barato y estas instalaciones pueden funcionar con eficiencias muy altas.[3] Sin embargo, la construcción de estas presas y embalses puede provocar la pérdida de hábitat para las especies acuáticas. También puede provocar un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero debido a la descomposición de la materia orgánica en los nuevos embalses inundados.[9] Para más información sobre los impactos ecológicos de las instalaciones hidroeléctricas, véase: degradación de la calidad del agua e impactos ambientales de la energía hidroeléctrica.

La energía mecánica derivada de la energía hidroeléctrica se considera energía de alta calidad y puede convertirse en energía eléctrica con una eficiencia cercana al 100%. Esto se debe a que la cantidad de energía térmica que hay que transformar es mínima, aunque sigue habiendo pequeñas pérdidas asociadas a la fricción y a las ineficiencias en el transporte de la electricidad (como resultado de factores como la resistencia en las líneas eléctricas aéreas). En general, esto significa que la energía del agua puede convertirse en electricidad y llegar al usuario final con una eficiencia superior al 90%.[10]

Generación Mundial de Electricidad: Hidroelectricidad

El siguiente mapa muestra las principales fuentes de energía que utilizan los distintos países para generar su electricidad. La hidroelectricidad aparece en azul. Haga clic en una región para ampliar el grupo de países y, a continuación, haga clic en el país para ver de dónde procede su electricidad. Algunos países destacados son China, Canadá, Brasil, Rusia, India, Noruega y Venezuela.

Ver Lecturas Adicionales

Referencias

  1. Wikimedia Commons. (August 31, 2015). Ingur Hydroelectric Facility [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ingur_Hydroelectric_Power_Station.jpg
  2. dom (May 23, 2020). "Global Use of Hydroelectricity" [Online]. Available: https://www.e-education.psu.edu/earth104/node/1060
  3. 3,0 3,1 3,2 Abhishek Shah. (September 2, 2015). List of World’s Largest Hydroelectricity Plants and Countries – China Leading in building Hydroelectric Stations [Online]. Available: http://www.greenworldinvestor.com/2011/03/29/list-of-worlds-largest-hydroelectricity-plants-and-countries-china-leading-in-building-hydroelectric-stations/
  4. Wikimedia Commons. (May 30, 2020). Popular Science Monthly Vol. 88 [Online]. Available: https://archive.org/details/popularsciencemo88newyuoft/page/82/mode/2up/search/water+wheel
  5. IEA. (September 2, 2015). What is hydropower’s history? [Online]. Available: http://www.ieahydro.org/What_is_hydropower’s_history.html
  6. Water Power Program: History of Hydropower. (n.d.). Retrieved from http://www1.eere.energy.gov/water/hydro_history.html
  7. 7,0 7,1 BC Sustainable Energy Association (May 23rd, 2020) "Small Hydro and Run-Of-River Hydro" [Online]. Available: https://www.bcsea.org/node/4063/bcsea-info
  8. IPCC. (September 2, 2015). Chapter 5 - Hydropower [Online]. Available: www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srren/drafts/SRREN-FOD-Ch05.pdf
  9. 9,0 9,1 International Hydropower Association (May 30,2020).GHG Measurement Guidelines for Freshwater Reservoirs [Online]. Accessible: https://www.hydropower.org/sites/default/files/publications-docs/GHG%20Measurement%20Guidelines%20for%20Freshwater%20Reservoirs.pdf
  10. R. Wolfson. Energy, Environment and Climate, 2nd ed. New York, U.S.A.: Norton, 2012

Autores y redactores

Ethan Boechler, Edwin Cey, Alba Fano-trabanco, Glenn Hall, Jordan Hanania, James Jenden, Ellen Lloyd, Finley Rogers, Kailyn Stenhouse, Luisa Vargas Suarez, Dayna Wiebe, Jason Donev
Última actualización: 21 septiembre, 2021
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