Publicación: 10 de mayo de 2024
Colaboradores: Amanda McGrath, Alexandra Jonker
La energía hidroeléctrica es un tipo de energía renovable que usa la potencia de los flujos de agua para generar electricidad. La energía generada por las centrales hidroeléctricas es limpia, confiable y sostenible, lo que la convierte en una alternativa relevante baja en carbono a los combustibles fósiles en la lucha contra el cambio climático.
Para producir energía hidroeléctrica, la energía cinética del agua que fluye o cae se transforma en energía eléctrica mediante el uso de un generador. En términos simples, esto significa que el agua en movimiento provoca que las turbinas giren, lo que genera energía. Por ejemplo, cuando se construye una presa en un río, se crea una reserva de agua almacenada. Cuando se necesita electricidad, las puertas de la presa se abren y la gravedad tira del agua a través de una tubería que se llama tubería forzada. El agua que fluye empuja contra las aspas en una turbina, lo que hace que giren. Esto permite la producción de electricidad a través del generador conectado. El agua finalmente fluye de regreso al río al otro lado de la presa.
La energía hidráulica, también conocida como energía hidroeléctrica o energía producida por el agua, es una fuente clave de producción de energía. Su capacidad aumentó en más de un 70 % en los últimos 20 años y, en 2020, era la mayor fuente de energía con bajas emisiones de carbono, responsable de una sexta parte de la generación global de electricidad.1
La energía hidroeléctrica a menudo se valora por su capacidad de renovación y confiabilidad. Los combustibles fósiles (incluidos el carbón, el petróleo y el gas) son finitos, pero la energía hidroeléctrica se puede generar indefinidamente sin agotar los recursos naturales de la Tierra. Otras fuentes de energía renovable, como la energía solar o eólica, dependen de las condiciones climáticas; sin embargo, la energía hidroeléctrica se puede producir de manera constante durante todo el año.
Además, la energía hidroeléctrica se considera una fuente de energía limpia. Genera menos emisiones de gases de efecto invernadero (como dióxido de carbono, metano y otros) que la producción de energía basada en combustibles fósiles, lo que la convierte en una opción más sustentable para las empresas, los países y las comunidades que intentan mitigar los impactos del cambio climático. Las centrales hidroeléctricas suelen funcionar de forma más eficiente que las centrales eléctricas de combustibles fósiles. Y algunos métodos de producción hidroeléctrica ofrecen oportunidades para almacenar el excedente de energía, lo que puede ayudar a mejorar la estabilidad de la red eléctrica y aumentar la capacidad eléctrica general.
La hidroelectricidad se puede generar a través de varios tipos de instalaciones que emplean diferentes métodos para generar energía. Cada tipo tiene sus propios beneficios y desventajas, además de que depende de factores, como la ubicación geográfica, las fuentes de agua disponibles y las necesidades específicas de energía.
La energía hidroeléctrica de embalse, también conocida como energía hidroeléctrica de reserva, es el tipo más común de generación de energía hidroeléctrica. Se basa en instalaciones de embalse, como reservas o grandes presas, para almacenar agua y liberarla bajo demanda a través de turbinas para generar electricidad.
Este tipo de energía hidroeléctrica es propicia para la generación de energía a gran escala. Las instalaciones de embalse almacenan grandes volúmenes de agua, lo que significa que pueden producir una cantidad significativa de energía eléctrica. Debido a que el agua se almacena de manera estable, la energía hidroeléctrica del embalse se considera una fuente de energía confiable y predecible; sin embargo, en tiempos de sequía, la generación de energía puede verse afectada.
La energía hidroeléctrica de bombeo implica mover agua entre estaciones en diferentes elevaciones. Estas instalaciones extraen agua de menor elevación a mayor elevación en tiempos de baja demanda; la liberan de nuevo hacia abajo para generar electricidad en tiempos de alta demanda.
Este tipo de central hidroeléctrica funciona como una batería almacenando la energía generada por otras fuentes de energía (como la solar, eólica y nuclear) para su uso posterior. Estos sistemas de almacenamiento proporcionan una forma de equilibrar la carga dentro de la red. La energía almacenada se puede usar para satisfacer aumentos repentinos de la demanda o para compensar cuando no haya una producción suficiente en las fuentes de energía renovable intermitentes (como la eólica y la solar). Pero encontrar sitios adecuados, con masas de agua a diferentes alturas, puede ser un problema.
Los sistemas basados en desvíos, comúnmente conocidos como energía hidroeléctrica de derivación, requieren poco o nulo almacenamiento de agua. En cambio, el flujo natural y la caída de un río se aprovechan para generar electricidad renovable al derivarla a través de un canal o tubería forzada y hacia turbinas. Es más probable que las plantas hidroeléctricas a pequeña escala de energía hidroeléctrica de derivación se encuentren en regiones montañosas, donde la caída natural del río proporciona un fuerte caudal para la generación de energía.
Estas instalaciones hidroeléctricas suelen tener una huella ambiental menor que las instalaciones de embalse porque no requieren grandes reservas y tienen menos impacto en los ecosistemas naturales. Pero también operan a menor escala, lo que significa que generan menos electricidad en general. Y como dependen del caudal de un río, pueden ser más variables, especialmente en regiones donde las precipitaciones cambian según la estación.
Si bien los tipos de energía hidroeléctrica descritos anteriormente cubren la mayoría de las instalaciones existentes, hay algunas otras variantes. Por ejemplo, algunas instalaciones aprovechan la energía mareomotriz empleando el ascenso y descenso de las mareas oceánicas para generar electricidad. Y la microhidroeléctrica es un término que se refiere a sistemas más pequeños diseñados para generar energía para una pequeña comunidad, una sola vivienda o una instalación remota. Pueden ser del tipo de desvío o una pequeña reserva.
El uso de la energía hidroeléctrica se remonta a civilizaciones antiguas, como los griegos, los romanos y la dinastía Han de China, que usaban ruedas hidráulicas para moler granos y bombear agua. Sin embargo, no fue hasta finales del siglo XIX cuando la energía hidroeléctrica se utilizó a mayor escala para generar electricidad.
1878
El primer proyecto hidroeléctrico del mundo alimentó de energía una sola lámpara en Northumberland, Inglaterra.
1882
La primera planta hidroeléctrica comercial comenzó a operar en Appleton, Wisconsin (Estados Unidos). En 1905, ya cientos de pequeñas centrales eléctricas estaban en funcionamiento en todo el mundo.
1936
Concluye la presa Hoover en el río Colorado, Estados Unidos. Al momento de su construcción, fue la central hidroeléctrica más grande del mundo e impulsó un auge en los proyectos hidroeléctricos. Hoy en día sigue funcionando y suministra energía a Arizona, Nevada y California.
1984
Se aprueba el proyecto de la presa de las Tres Gargantas en China. Una vez terminada en 2012, se convirtió en la central hidroeléctrica más grande del mundo en cuanto a capacidad instalada.
Década de 2000 hasta la actualidad
La tecnología hidroeléctrica sigue desarrollándose y está aumentando el interés en los sistemas a pequeña escala y las instalaciones de desvío, que tienen menos impacto ambiental que los proyectos de represas a gran escala. Estas tecnologías de producción de energía crean nuevas oportunidades para la capacidad hidroeléctrica.
La energía hidroeléctrica se está utilizando en todo el mundo para generar electricidad y brindar energía limpia y renovable:
China es el mayor productor de energía hidroeléctrica del mundo, con una capacidad instalada de más de 356 000 megavatios. El país ha hecho grandes inversiones en proyectos hidroeléctricos, incluida la presa Tres Gargantas, que es el proyecto hidroeléctrico más grande del mundo. La presa, que se encuentra en el río Yangtsé y se concluyó en 2012, tiene una capacidad de 22.5 gigavatios (GW).
Las plantas de energía hidroeléctrica y otras fuentes constituyen aproximadamente el 6 % de la electricidad generada en Estados Unidos.2 La presa Grand Coulee en el río Columbia, estado de Washington, es el proyecto hidroeléctrico más grande del país, con una capacidad de generación de aproximadamente 6.8 GW. Pero quizás el proyecto hidroeléctrico más conocido del mundo sea la presa Hoover. Ubicado en la frontera entre Arizona y Nevada, se concluyó en 1936 y tiene una capacidad aproximada de 2 GW. La presa no solo proporciona electricidad para servicios públicos y privados en Nevada, Arizona y California, sino que también regula el caudal de agua para riego y sirve como control de inundaciones.
La energía hidroeléctrica es una importante fuente de energía renovable en Europa, ya que representa más del 12 % de la generación eléctrica de la Unión Europea.3 Noruega, por ejemplo, genera más del 90 % de su electricidad total a partir de la energía hidroeléctrica.4 El mayor proyecto hidroeléctrico de Europa en términos de capacidad es la presa Sayano-Shúshenskaya en Rusia. Es la séptima hidroeléctrica más grande del mundo, con una capacidad de 6.4 GW.
Hay varios proyectos hidroeléctricos clave en el continente sudamericano. La presa Itaipú, una empresa conjunta entre Brasil y Paraguay en el río Paraná, es uno de los mayores productores de energía hidroeléctrica operativa del mundo. Tiene una capacidad de generación instalada de 14 GW. Y la presa Guri de Venezuela, también conocida como Central Hidroeléctrica Simón Bolívar, tiene una capacidad de alrededor de 10.2 GW y proporciona hasta el 80 % de la electricidad del país.
Muchos países de África están recurriendo a la energía hidroeléctrica para satisfacer sus crecientes necesidades de energía. Proyectos como la Gran Presa del Renacimiento Etíope y la Presa Inga en la República Democrática del Congo tienen el potencial de proporcionar cantidades significativas de energía renovable al continente. En Egipto, la presa de Aswan High en el río Nilo es uno de los proyectos hidroeléctricos más grandes de África. Su construcción concluyó en 1970 y tiene una capacidad de generación de aproximadamente 2.1 GW. La presa ha tenido un impacto en la agricultura y la economía del país al proporcionar un mayor almacenamiento de agua para el riego y producir energía hidroeléctrica.
Como fuente de generación de electricidad, la energía hidroeléctrica ofrece muchos beneficios y ventajas; sin embargo, el método también tiene sus limitaciones.
Desafíos medioambientales
Aunque la energía hidroeléctrica tiene un impacto ambiental menor que la mayoría de las otras fuentes de producción de electricidad, es posible que afecte los ecosistemas y los hábitats de vida silvestre. Por ejemplo, las presas pueden interrumpir el caudal natural de los ríos, lo que provoca cambios en la temperatura del agua, la sedimentación y los patrones de migración de los peces. La construcción de grandes proyectos hidroeléctricos puede ser costosa y generar emisiones de gases de efecto invernadero. Una vez concluidas, las reservas resultantes también pueden producir emisiones de GEI. Cuando la materia orgánica que queda atrapada en el embalse se descompone, puede liberar metano, un gas de efecto invernadero que es mucho más potente que el dióxido de carbono. Sin embargo, vale la pena señalar que la cantidad de metano que se produce varía según las características específicas de cada reserva.
Desafíos de expansión
Los proyectos hidroeléctricos pueden enfrentar limitaciones geográficas; como se mencionó, puede ser difícil encontrar sitios adecuados para construir ciertos tipos de generación de energía hidroeléctrica. Y su rendimiento general no es inmune al impacto de las condiciones climáticas cambiantes. Aunque el agua representa una fuente renovable para la producción de electricidad, los niveles y la disponibilidad de agua pueden cambiar por los cambios de las estaciones, los desastres naturales (como las sequías), los cambios a largo plazo en los patrones de precipitación o la contaminación del suministro de agua.
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La energía renovable es la energía generada a partir de fuentes naturales que se reponen más rápido de lo que se utilizan.
La descarbonización es un método de mitigación del cambio climático que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).
El cambio climático se refiere al calentamiento global, el aumento documentado de la temperatura global de la superficie de la Tierra que está ocurriendo desde finales del siglo XIX.
Conocer los beneficios y desventajas de la energía renovable puede ayudar a las organizaciones a planear mejor su despliegue.
La capacidad mundial de generación de energía renovable se ha estado expandiendo en los últimos treinta años más rápido que en cualquier otro momento.
Comprender los tipos de fuentes de energía renovable disponibles actualmente es clave para reducir la huella de carbono y los impactos ambientales de las organizaciones.
Notas de pie de página
1 Hydropower Special Market Report (enlace externo a ibm.com), International Energy Agency, junio de 2021
2 Hydropower explained (enlace externo a ibm.com), US Energy Information Administration (EIA) y US Department of Energy, abril de 2023
3 Shedding light on energy - 2023 edition (enlace externo a ibm.com), Eurostat, marzo de 2023
4 Norway Electricity Security Policy (enlace externo a ibm.com), International Energy Agency, octubre de 2022