Aprovechamiento de la hidroelectricidad

La hidroelectricidad, la energía generada por el agua en movimiento, se considera cada vez más una de las soluciones más prometedoras para dos de los principales desafíos de nuestra sociedad: el cambio climático y la seguridad energética.

«La hidroelectricidad sostenible nos permitirá hacer realidad el objetivo de cero emisiones netas. Podemos crear un sistema energético renovable y resistente», escribe Erik Solheim, exdiplomático de la ONU y ministro noruego de Medio Ambiente y Desarrollo Internacional[1].

Solheim, que apoya la campaña de promoción de la hidroelectricidad para alcanzar el objetivo de cero emisiones netas de carbono, sostiene que la sustitución del carbón y de otros combustibles fósiles —y la consecución de la seguridad energética— implicarán la adopción de todas las fuentes de energía verde, en lugar de elegir entre distintas tecnologías.

El argumento esgrimido por Solheim y muchos otros es que la hidroelectricidad, el mayor productor mundial de energías renovables, ya contribuye enormemente a la reducción de emisiones, evitando hasta cuatro mil millones de toneladas de emisiones adicionales de gases de efecto invernadero en comparación con el carbón.

Sin embargo, podría llegar a ser mucho más. No solo en términos de potenciales emplazamientos hidroeléctricos en todo el mundo, sino también en términos de conocimientos técnicos y tecnología para desarrollar los recursos hídricos de forma sostenible, por lo que la hidroelectricidad podría desempeñar un papel integral a la hora de hacer realidad las cero emisiones netas.

Impulsar el crecimiento

La hidroelectricidad en sí es antigua. Los griegos utilizaban ruedas hidráulicas para moler el trigo y convertirlo en harina hace más de 2000 años, mientras que los egipcios empleaban tornillos de Arquímedes para el riego en el siglo III a.C.

La evolución de la turbina hidroeléctrica moderna comenzó a mediados del siglo XVIII, cuando un ingeniero hidráulico y militar francés, Bernard Forest de Bélidor, escribió la Architecture Hydraulique[2] en cuatro volúmenes, que describía los principios de la ingeniería mecánica, los molinos, las ruedas hidráulicas, las bombas, los puertos y las obras marítimas.

A finales del siglo XIX, ya funcionaban muchas pequeñas centrales hidroeléctricas que generaban electricidad a partir del agua en movimiento utilizando turbinas, y EE. UU. estaba a la vanguardia del diseño de la hidroelectricidad.[3]

EE.UU. también lideró la adopción de la hidroelectricidad, demostrando lo eficaz que podría ser para satisfacer la creciente demanda de energía.

El New Deal (nuevo trato) del Presidente Roosevelt de los años 30 apoyó la construcción de varios proyectos emblemáticos polivalentes, como las presas de Hoover y Grand Coulee, de modo que en 1940 la energía hidroeléctrica generaba el 40 % de la electricidad del país.

Desde los años 40 hasta los 70, las empresas de servicios públicos estatales construyeron importantes desarrollos de energía hidroeléctrica en Europa Occidental, así como en la antigua Unión Soviética, Norteamérica y Japón.

En las últimas décadas del siglo XX, Brasil y China se convirtieron en líderes mundiales de la hidroelectricidad, lo que contribuyó al crecimiento de sus economías y al desarrollo de industrias de alto consumo energético, como las fundiciones de aluminio y las acerías. Para 2020, la hidroelectricidad suministraba una sexta parte de la generación mundial de electricidad, la tercera fuente más importante después del carbón y el gas natural, con una capacidad total que ha aumentado un 70 % en todo el mundo en los últimos 20 años[4].

Centrales hidroeléctricas

En la actualidad, existen numerosas tecnologías hidroeléctricas diferentes en funcionamiento en todo el mundo. Las centrales hidroeléctricas interiores son de tres tipos principales[5]. Las centrales de pasada utilizan el flujo de agua para impulsar los generadores. Normalmente proporcionan un flujo constante de energía, pero solo pueden proporcionar energía ampliamente en función del caudal del río porque no almacenan agua durante largos períodos.

Los otros dos tipos de centrales hidroeléctricas interiores son más flexibles. Los depósitos en las laderas almacenan agua que puede liberarse para alimentar turbinas cuando sea necesario. Las centrales de almacenamiento por bombeo (PSP, por sus siglas en inglés) son depósitos que actúan como baterías de agua recargables: bombean agua a un embalse cuando hay un excedente de energía, cuando la demanda es baja, y la dejan caer cuando la demanda es alta, lo que sirve para accionar una turbina y producir electricidad en el proceso.

La capacidad de almacenamiento de energía de una instalación hidroeléctrica de bombeo depende del tamaño de sus dos depósitos, mientras que la cantidad de energía generada está relacionada con el tamaño de la turbina. Una instalación con dos depósitos del tamaño aproximado de dos piscinas olímpicas y una diferencia de altura entre ellas de 500 metros podría proporcionar una capacidad de 3 megavatios (MW) y almacenar hasta 3,5 megavatios hora (MWh) de electricidad. La Agencia Internacional de la Energía (AIE) prevé que las PSP representarán el 30 %, o 65 GW, de la expansión de la capacidad de energía hidroeléctrica mundial hasta 2030, superando significativamente la capacidad de almacenamiento de las baterías tradicionales[6].

El cuarto tipo de energía hidroeléctrica es la mareomotriz y, una vez más, no es nada nuevo. La energía mareomotriz se ha utilizado en molinos de agua como el Eling Tide Mill[7], mencionado en el Domesday Book de 1068, desde hace cientos de años. El principio es sencillo: cuando sube la marea, se abren las compuertas unidireccionales y se llena el estanque, que a continuación se libera y acciona la rueda hidráulica cuando la marea cambia de dirección y baja.

Las presas mareomotrices[8] y las lagunas mareomotrices funcionan del mismo modo: atrapan el agua durante la marea alta y la liberan a través de canales definidos que la conducen a través de una turbina. Los generadores de corriente mareomotriz funcionan como las turbinas eólicas, de modo que la marea empuja los rotores de una turbina a medida que entra y sale. Los esquemas dinámicos de energía mareomotriz dependen de largos muros que sobresalen en ángulo recto respecto a la costa. Cuando la marea pasa por el muro, queda atrapada a uno u otro lado y genera potencia. La marea alta únicamente puede pasar a lo largo del muro por caminos definidos que la conducen junto a los generadores.

Contribuir a las cero emisiones netas

La característica que hace tan atractiva la hidroelectricidad es que se basa en una fuente inagotable de energía: la gravedad. El agua es simplemente el medio a través del cual se aprovecha el poder de la gravedad. Esto hace que la hidroelectricidad sea un complemento ideal para la energía solar fotovoltaica y el viento en una red eléctrica que intenta desligarse de los combustibles fósiles y cumplir el objetivo de cero emisiones netas de carbono.

La mayoría de las centrales hidroeléctricas pueden responder muy rápidamente a los cambios en la demanda, aumentando o reduciendo su producción rápidamente en comparación con otras centrales eléctricas como las nucleares, de carbón y de gas natural. En consecuencia, la hidroelectricidad puede intervenir cuando no brilla el sol y el viento deja de soplar, compensando cualquier déficit de las fuentes de energía solar o eólica.

Este potencial de suministrar grandes cantidades de electricidad con bajo contenido de carbono a demanda hace que la hidroelectricidad sea un activo clave para construir sistemas de electricidad seguros y limpios. El informe de la AIE, Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector[9] (Cero emisiones netas en 2050: Hoja de ruta para el sector energético mundial), identifica la hidroelectricidad como una de las «mayores fuentes actuales de electricidad baja en carbono» y «una base esencial» para la transición a las cero emisiones netas.

Según cifras de la AIE[10], las centrales hidroeléctricas representan casi el 30 % de la capacidad mundial de suministro flexible de electricidad, pero tienen potencial para proporcionar aún más.

Sin embargo, el informe de la AIE ofrece noticias contradictorias.

La parte positiva es que en torno a la mitad del potencial económicamente viable de la hidroelectricidad está sin explotar[11]. El potencial es particularmente elevado en las economías emergentes y en desarrollo, donde llega casi al 60 %. Pero las centrales de Norteamérica y Europa tienen, de media, más de 45 años de antigüedad. Con una vida operativa prevista de 55 años, ahora se necesita una gran inversión para que estas centrales sigan produciendo energía renovable de manera eficiente. De hecho, se prevé que las obras de modernización de las centrales existentes representen casi el 90 % de la inversión total en hidroelectricidad esta década, pero incluso esto podría no ser suficiente.

Políticas de hidroelectricidad

Una de las principales dificultades de los proyectos de hidroelectricidad tanto a nivel local como internacional es encontrar un compromiso equitativo que beneficie a todos. Con demasiada frecuencia hay ganadores y perdedores obvios. Por ejemplo, la presa de Itaipú que se extiende por Brasil y Paraguay fue el precio que Paraguay pagó para terminar con la invasión brasileña de 1965[12]. Creó un lago tan grande que sumergió las cataratas de Guairá, anteriormente las más altas del mundo. En virtud del Tratado de Itaipú, Paraguay debe vender a Brasil cada megavatio de su mitad de la energía producida que no consuma él mismo, y las ventas a terceros países están prohibidas.

La construcción de la presa y de la central hidroeléctrica de 14 000 MW obligó al gobierno paraguayo a solicitar un préstamo de 2000 millones de USD que no podía permitirse y que no devolverá hasta 2023.

El entusiasmo de China por la hidroelectricidad la ha llevado a construir enormes presas, no solo en ríos como el Amarillo y el Yangtsé, que únicamente fluyen en China, sino también en otros, como el Mekong y el Brahmaputra, que atraviesan varios países más en su camino hacia el mar.[13]. Ya hay 11 presas chinas en el Mekong, y hay planes para ocho más. Durante una sequía en 2021, el nivel del río bajó tanto que Camboya tuvo que apagar una gran planta hidroeléctrica, mientras que la alteración del caudal ha hecho que el agua salada contamine el delta del Mekong, granero de Vietnam, y ha diezmado las poblaciones de peces camboyanas.

Las consideraciones medioambientales también han llevado a algunos países a cuestionarse la posibilidad de poner en marcha nuevos proyectos de hidroelectricidad. Por ejemplo, la central de Erdenburen (Mongolia), de 90 MW y financiada por China, se ha enfrentado a la oposición de grupos preocupados por la posibilidad de que el megaproyecto dañe los humedales de Ramsar y perturbe a las comunidades indígenas. Mientras tanto, en noviembre de 2022, la Comisión Federal Reguladora de la Energía de EE. UU. ordenó el desmantelamiento de cuatro presas situadas en la frontera entre California y Oregón, la mayor operación de eliminación de presas de la historia de EE. UU., para restaurar el hábitat de peces en peligro de extinción.[14]. El objetivo es mejorar la salud del río Klamath, la ruta que siguen el salmón Chinook y el salmón Coho, en peligro de extinción, desde el océano Pacífico hasta sus zonas de desove río arriba, y desde donde las crías regresan al mar. La empresa eléctrica PacifiCorp contribuye con 200 millones de dólares a la eliminación de la presa, mientras que los votantes de California aprobaron una medida de bonos para que el Estado aporte otros 250 millones de USD.[15].

Las preocupaciones sobre temas como estos, además de los impactos ambientales y sociales de la construcción de presas, llevaron a la Asociación Internacional de Energía Hidroeléctrica (International Hydropower Association, IHA ) a desarrollar el Protocolo de evaluación de sostenibilidad de la hidroelectricidad (HSAP, por sus siglas en inglés).

El HSAP define las buenas y mejores prácticas en cada etapa del ciclo de vida de un proyecto hidroeléctrico a través de 24 temas medioambientales, sociales, técnicos y económicos^[16], lo que proporciona una comprensión más clara de la sostenibilidad global de un proyecto.

También incluye temas transversales que aparecen en múltiples temas, como cuestiones de género y derechos humanos.

Una de las ironías de la hidroelectricidad es que, a pesar de su enorme potencial, es probablemente la fuente de energía renovable más afectada por los efectos del cambio climático, especialmente en términos de patrones climáticos. En 2022, por ejemplo, la sequía afectó a muchas zonas de Europa, donde varias centrales hidroeléctricas de pasada se quedaron sin agua y los embalses no alcanzaron su nivel habitual. Como consecuencia, la cantidad de energía generada por las centrales hidroeléctricas de Europa en 2022 fue significativamente inferior a la alcanzada en 2021[17].

El panorama es similar en EE. UU., especialmente en el suroeste, que sufre su sequía más dura desde hace más de 1000 años, según un artículo publicado en Nature Climate Change[18]. En agosto de 2022, el gobierno federal anunció nuevos cortes de agua en Nevada y Arizona.

Alrededor del 32 % de las energías renovables de América en 2021 procedían de la energía hidroeléctrica, el 44 % de la cual se generó en California, Oregón y Washington, pero la sequía ya está teniendo su efecto. En 2021, California cerró una central eléctrica en el lago Oroville, uno de los embalses más grandes del estado, cuando los niveles de agua cayeron por debajo de lo necesario para la generación de electricidad. En general, la generación de energía hidroeléctrica de California ha caído un 62 % desde 2019, y el estado ha recurrido al gas natural para compensar el déficit.

Con la mirada puesta en la innovación

Como aspecto positivo, se han producido avances en la tecnología hidroeléctrica que podrían mitigar los efectos del cambio climático y aprovechar las infraestructuras existentes. En EE. UU., la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables[19] está financiando la investigación en hidroelectricidad de baja potencia que permitiría que las presas, los canales y los conductos no alimentados existentes generaran electricidad. Por «baja potencia» se entienden simplemente las centrales hidroeléctricas que funcionan con un cambio de elevación de entre 2 y 20 metros.

Por ejemplo, Percheron Power[20] ha desarrollado y probado una turbina hidrodinámica de tornillo de Arquímedes de última generación construida con materiales compuestos mediante un método de fabricación avanzado llamado moldeo por transferencia de resina ligera. Este método tiene menores costes de producción, residuos y emisiones que el acero y, aunque tienen las mismas propiedades estructurales que el acero, las turbinas de material compuesto son un 25 %-30 % más ligeras.

Las palas de material compuesto se recubren de gel mientras están en el molde, por lo que no necesitan imprimaciones ni pinturas resistentes a la corrosión y pueden sustituirse individualmente, a diferencia de las palas de turbinas de acero.

En otro ejemplo, Natel Energy ha diseñado, construido y puesto en marcha una cadena cinemática fiable para el Schneider Linear hydroEngine™. Al reducir los costes de capital y mantenimiento, esta cadena cinemática permite el desarrollo de nuevas centrales hidroeléctricas de baja potencia, con un ahorro de costes energéticos nivelados de unos 2 dólares por megavatio hora.[21].

Financiar el futuro

Sin embargo, la innovación tecnológica tiene un límite. Aunque los avances tecnológicos han hecho que la generación de hidroelectricidad sea más eficiente y flexible, los costes medios de inversión se han mantenido en gran medida sin cambios. A la AIE le gustaría ver más innovación financiera. Argumenta que el papel que la hidroelectricidad puede desempeñar en el impulso de la seguridad del suministro eléctrico no está suficientemente reconocido ni remunerado en las economías avanzadas. Las economías en desarrollo, por su parte, necesitan acceder a una financiación asequible para desarrollar una hidroelectricidad sostenible.

Para que las economías avanzadas aprovechen al máximo la hidroelectricidad, los gobiernos deben reducir los riesgos asociados con la inversión a través de medidas como garantías estatales, contratos a largo plazo y otras medidas para aumentar la certeza de la remuneración[22]. En Europa y Norteamérica, la mayoría de los emplazamientos más económicos para grandes proyectos ya están desarrollados, pero las nuevas centrales hidroeléctricas pequeñas también pueden proporcionar una importante fuente de generación de energía con bajas emisiones de carbono, al tiempo que permiten la integración de capacidad adicional de energía fotovoltaica y eólica[23]. En el caso de las economías emergentes y en desarrollo, la AIE argumenta que la hidroelectricidad necesita modelos de negocio innovadores, como asociaciones público-privadas que asignen riesgo a la parte interesada adecuada[24].

Los partidarios de la hidroelectricidad están convencidos, y no sin razón, de que tiene el potencial de mejorar la seguridad energética, reducir las emisiones de carbono e impulsar la prosperidad, pero los desafíos geopolíticos y la falta de incentivos financieros claros obstaculizan su crecimiento.

Malcolm Turnbull, ex primer ministro de Australia y miembro de la junta directiva de la Asociación Internacional de Energía Hidroeléctrica, dijo de la hidroelectricidad: «La barrera clave para su implementación global es la falta de mecanismos de mercado adecuados como los que han permitido instalar energía eólica y solar a escala. Ya tenemos todas las tecnologías que necesitamos para ofrecer redes 100 % descarbonizadas. Lo que necesitamos es voluntad política».[25] A medida que el viaje hacia las emisiones cero netas se acelera, es de esperar que la voluntad política no se quede demasiado atrás.

En Abdul Latif Jameel, sabemos que la descarbonización del sector energético debe ser una prioridad para todos nosotros. Ya sea aprovechando el poder del agua o liberando el potencial del sol, el futuro de la energía es rotundamente renovable. Por eso, a través de nuestro buque insignia de energía renovable, FRV, y su especialista en innovación energética e incubadora, FRV-X, estamos activos en 18 países. En los próximos cuatro años, FRV tiene previsto invertir más de 1500 millones de USD en activos para duplicar su capacidad total instalada de proyectos en todo el mundo, pasando de 2 GW a principios de 2021 a 5 GW en 2025.

Aunque seguirá centrando su atención en la energía solar fotovoltaica a gran escala, el almacenamiento de baterías y los proyectos eólicos, FRV también está ampliando el alcance de sus actividades para abarcar todas las soluciones de energía limpia y ampliando verticalmente sus actividades mediante la ampliación de su enfoque comercial a los clientes finales.

«Ninguna fuente de energía renovable puede proporcionar todas las respuestas al dilema de las emisiones cero netas.

Pero la tecnología hidroeléctrica tiene el potencial de desempeñar un papel central en la transición energética, utilizando una fuente de energía casi ilimitada, el agua, para impulsar un futuro más sostenible para nuestra sociedad y nuestro planeta», afirma Fady Jameel, presidente adjunto y vicepresidente de Abdul Latif Jameel.

[1] https://www.hydropower.org/blog/with-hydropower-we-can-create-a-renewable-and-resilient-energy-system

[2] https://www.energy.gov/eere/water/history-hydropower

[3] https://www.hydropower.org/blog/blog-hydropower-growth-and-development-through-the-decades

[4] https://iea.blob.core.windows.net/assets/83ff8935-62dd-4150-80a8-c5001b740e21/HydropowerSpecialMarketReport.pdf

[5] https://www.economist.com/the-economist-explains/2022/12/05/can-hydropower-help-ease-europes-energy-crisis

[6] https://oxfordbusinessgroup.com/news/storage-technology-could-elevate-hydropower-role-global-energy-transition?utm_source=Oxford%20Business%20Group&utm_medium=email&utm_campaign=13441313_ESG_Hydropower_September%201&utm_content=eu-september-2022&dm_i=1P7V,803DT,QZEKVW,WQ8U8,1

[7] https://www.elingexperience.co.uk/a-brief-history

[8] http://tidalpower.co.uk/tidal-power-schemes

[9] https://iea.blob.core.windows.net/assets/7ebafc81-74ed-412b-9c60-5cc32c8396e4/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector-SummaryforPolicyMakers_CORR.pdf

[10] https://www.iea.org/reports/hydropower-special-market-report/executive-summary

[11] https://iea.blob.core.windows.net/assets/83ff8935-62dd-4150-80a8-c5001b740e21/HydropowerSpecialMarketReport.pdf

[12] https://www.economist.com/the-americas/2019/08/22/a-secret-hydropower-deal-with-brazil-causes-a-political-crisis-in-paraguay

[13] https://www.economist.com/leaders/2020/05/14/if-china-wont-build-fewer-dams-it-could-at-least-share-information

[14] https://www.theguardian.com/environment/2022/nov/17/us-dam-removal-endangered-salmon-klamath-river

[15] https://www.economist.com/united-states/2021/07/08/in-the-pacific-north-west-hydroelectric-dams-are-being-removed

[16] https://www.hydropower.org/publications/hydropower-sustainability-assessment-protocol

[17] https://www.economist.com/the-economist-explains/2022/12/05/can-hydropower-help-ease-europes-energy-crisis

[18] https://www.economist.com/the-world-ahead/2022/11/18/americas-reservoirs-are-drying-up

[19] https://www.energy.gov/eere/water/hydropower-technology-development#LowHeadHydropower

[20] https://www.energy.gov/eere/water/articles/21st-century-archimedes-screw-new-materials-and-manufacturing-techniques-enable

[21] https://www.energy.gov/eere/water/hydropower-technology-development

[22] https://iea.blob.core.windows.net/assets/83ff8935-62dd-4150-80a8-c5001b740e21/HydropowerSpecialMarketReport.pdf Page 26

[23] https://iea.blob.core.windows.net/assets/83ff8935-62dd-4150-80a8-c5001b740e21/HydropowerSpecialMarketReport.pdf Page 30

[24] https://iea.blob.core.windows.net/assets/83ff8935-62dd-4150-80a8-c5001b740e21/HydropowerSpecialMarketReport.pdf Page 13

[25] https://www.economist.com/letters/2022/07/14/letters-to-the-editor