La energía hidroeléctrica de baja caída se refiere al desarrollo de energía hidroeléctrica donde la caída suele ser inferior a 20 metros, aunque las definiciones precisas varían. [1] La altura es la altura vertical medida entre el nivel del agua de entrada del sistema hidráulico y el nivel del agua en el punto de descarga. Utilizar sólo una baja caída de altura en un río o flujos de marea para generar electricidad puede proporcionar una fuente de energía renovable que tendrá un impacto mínimo en el medio ambiente. Dado que la energía generada (calculada de la misma manera que la energía hidroeléctrica general ) es función de la altura, estos sistemas generalmente se clasifican como energía hidroeléctrica de pequeña escala, que tienen una capacidad instalada de menos de 5 MW.
Comparación con la hidráulica convencional
La mayoría de los proyectos hidroeléctricos actuales utilizan una gran cabeza hidráulica para impulsar turbinas para generar electricidad. La carga hidráulica se produce de forma natural, como en una cascada, o se crea mediante la construcción de una presa en el valle de un río, creando un embalse . Mediante una liberación controlada de agua del depósito se accionan las turbinas. Los costos y los impactos ambientales de la construcción de una represa pueden hacer que los proyectos hidroeléctricos tradicionales sean impopulares en algunos países. A partir de 2010 han evolucionado nuevas tecnologías innovadoras y respetuosas con el medio ambiente que se han vuelto económicamente viables.
Dentro de la energía hidroeléctrica de baja caída existen varias situaciones estándar:
De pasada : Las pequeñas centrales hidroeléctricas de baja cabeza se pueden producir a partir de los ríos, a menudo descritas como proyectos de pasada o de pasada. Los lugares adecuados incluyen presas, arroyos, esclusas, ríos y emisarios de aguas residuales. Los vertederos son comunes en los ríos de toda Europa, así como en los ríos que están canalizados o tienen espigones. Generar una cantidad significativa de energía desde ubicaciones de baja caída utilizando tecnologías convencionales generalmente requiere grandes volúmenes de agua. Debido a las bajas velocidades de rotación producidas, se requieren cajas de engranajes para impulsar de manera eficiente los generadores, lo que puede resultar en equipos e infraestructura civil grandes y costosos.
Energía de las mareas : en combinación con una laguna o una presa, las mareas se pueden utilizar para crear una diferencia de cabeza. La mayor amplitud de marea se encuentra en la Bahía de Fundy , entre las provincias canadienses de Nuevo Brunswick y Nueva Escocia, Canadá, que puede alcanzar los 13,6 m. La primera instalación de mareas se inauguró en 1966 en Le Rance, Francia.
Almacenamiento de agua de mar por bombeo de baja altura: actualmente en niveles TRL muy bajos , pero en la próxima década estas tecnologías podrían pasar a formar parte del sistema energético.
Energía mareomotriz dinámica : Otro tipo potencialmente prometedor de energía hidroeléctrica de baja caída es la energía mareomotriz dinámica, un método novedoso y no aplicado para extraer energía de los movimientos de las mareas. Aunque se requiere una estructura similar a una represa, no se cerca ningún área y, por lo tanto, se conservan la mayoría de los beneficios de la "hidroeléctrica sin represas", al tiempo que se permiten grandes cantidades de generación de energía.
La energía hidroeléctrica de baja altura no debe confundirse con las tecnologías de "flujo libre" o "corriente", que funcionan únicamente con la energía cinética y la velocidad del agua.
Tipos de turbinas de baja altura
Las turbinas adecuadas para su uso en aplicaciones de muy baja altura son diferentes de los tipos Francis, de hélice, Kaplan o Pelton utilizados en grandes centrales hidroeléctricas más convencionales. Los diferentes tipos de turbinas de baja altura son:
- Turbina mejorada con Venturi : este tipo de turbina utiliza principios Venturi para lograr una amplificación de presión para la turbina, de modo que se puedan implementar turbinas más pequeñas, más rápidas y sin caja de cambios en entornos hidroeléctricos de baja altura, sin la necesidad de grandes infraestructuras o grandes cursos de agua. El agua que pasa a través de un venturi (una constricción) crea un área de baja presión. Una turbina que descarga en esta zona de baja presión experimenta entonces una mayor diferencia de presión, es decir, una mayor altura. [2] Sólo aprox. El 20% del flujo pasa a través de la turbina de hélice y, por lo tanto, requiere un cribado, pero los peces y la vida acuática pueden pasar de forma segura a través del venturi (80% del flujo), lo que evita la necesidad de cribas grandes. Las turbinas Venturi se pueden utilizar con alturas bajas (1,5 a 5 metros) y caudales medios a altos (1 m 3 /s a 20 m 3 /s). Se pueden instalar varias turbinas en paralelo.
- Tornillo de Arquímedes : el agua ingresa por la parte superior del tornillo y lo obliga a girar. Luego, el eje giratorio se puede utilizar para accionar un generador eléctrico. Se requiere una caja de cambios, ya que la velocidad de rotación es muy baja. El tornillo se utiliza con alturas bajas (1,5 a 5 metros) y caudales medios a altos (1 a 20 m 3 /s). Para flujos más altos, se utilizan múltiples tornillos. Debido a la construcción y al lento movimiento de las palas de la turbina, la turbina tiende a ser muy grande pero se considera amigable con la vida silvestre acuática.
- Turbina Kaplan : Esta turbina es de tipo hélice que tiene palas ajustables para lograr eficiencia en una amplia gama de alturas y flujos. El Kaplan se puede utilizar con alturas bajas a medias (1,5 a 20 metros) y caudales medios a altos (3 m 3 /s a 30 m 3 /s). Para caudales mayores se pueden utilizar múltiples turbinas. Presentan un riesgo para la vida acuática y en la mayoría de situaciones requieren una detección completa.
- Turbina de flujo cruzado : También conocidas como turbinas Banki-Mitchell u Ossberger, estos dispositivos se utilizan para una amplia gama de alturas hidráulicas (de 2 a 100 metros) y caudales (de 0,03 a 20 m 3 /s), pero son más eficiente para cabezas bajas y salidas de baja potencia. Se consideran turbinas de "impulso", ya que obtienen energía del agua reduciendo su velocidad (toda la energía hidráulica se convierte en energía cinética). Presentan un alto riesgo para la vida acuática y requieren un control completo.
- Rueda hidráulica : Las ruedas hidráulicas se pueden utilizar con alturas bajas (1 a 5 metros) y caudales medios (0,3 a 1,5 m 3 /s) y se consideran seguras para la vida acuática.
- Planta de energía de vórtice de agua por gravitación : este tipo de central hidroeléctrica utiliza el poder de un vórtice de agua por gravitación, que solo existe a baja altura.
Impacto ambiental de la energía hidroeléctrica de baja caída
Se han planteado varias preocupaciones sobre los impactos ambientales de las corrientes de los ríos y los dispositivos de marea. Entre los más importantes se encuentran:
- Vida acuática. Han surgido preocupaciones sobre el peligro que suponen las palas giratorias para la vida acuática, como focas y peces. Las instalaciones dentro de cursos de agua pueden protegerse para garantizar que la vida marina no entre en contacto con ninguna pieza móvil. Después de pruebas y auditorías exhaustivas por parte de reguladores ambientales, la tecnología puede obtener la certificación que demuestra que es segura para smolts, peces maduros, anguilas y ecosistemas marinos. [3]
- Batimetría. Al modificar los patrones de las olas y las corrientes de marea, los dispositivos tendrán sin duda un efecto, por ejemplo, en la deposición de sedimentos. Las investigaciones realizadas hasta la fecha parecen indicar que los efectos no serían significativos y podrían incluso ser positivos, ayudando por ejemplo a frenar la erosión costera. (Esto es particularmente pertinente a la luz de la evidencia de que las olas han aumentado constantemente su tamaño en el pasado reciente). Es casi seguro que el mar a sotavento de los dispositivos estaría más tranquilo de lo normal, pero, se ha sugerido, esto ayudaría a crear más Áreas para actividades como deportes acuáticos o navegación a vela.
- Paisaje . En ríos o cursos de agua similares, los parámetros ambientales sensibles pueden dificultar la concesión de permisos de planificación para instalaciones hidroeléctricas. Las grandes infraestructuras y las infraestructuras visibles sobre el agua, como los sistemas de tornillos de Arquímedes y las casas de turbinas, pueden generar objeciones. Además, las vibraciones y los niveles de ruido de las cajas de cambios pueden causar objeciones medioambientales debido al temido impacto en la fauna local, como las nutrias o las aves (por ejemplo, en Balmoral Estate, Escocia [4] ). El principal impacto probablemente provendría de las extensas líneas de transmisión necesarias para llevar la energía desde la costa hasta los usuarios finales. Este problema debería abordarse, posiblemente mediante el uso de líneas de transmisión subterráneas.
Históricamente se han utilizado presas y espigones para la gestión del agua y para permitir el transporte fluvial río arriba. Los vertederos y espigones pueden tener efectos negativos en la batimetría de los ríos e impedir la migración de peces río arriba, lo que tendrá un efecto en la ecología local y los niveles del agua. Al instalar turbinas hidroeléctricas de baja altura en estructuras históricas, se puede aumentar el transporte de sedimentos junto con nuevos pasajes de migración de peces, ya sea a través de la propia turbina o instalando escaleras para peces.
Cuando no se limpian grandes sitios, “la vegetación abrumada por el aumento del agua se descompone para formar metano, un gas de efecto invernadero mucho peor que el dióxido de carbono”, particularmente en los trópicos. Las presas y vertederos de baja altura no producen metano nocivo. Los espigones, pero también los vertederos, impiden el transporte de limo (sedimento) río abajo para fertilizar los campos [5] y mover sedimentos hacia los océanos.
La energía hidroeléctrica de baja caída generalmente se instala cerca de áreas donde se necesita energía, lo que evita la necesidad de grandes líneas de transmisión eléctrica.
Implementación y regulaciones
Regulación gubernamental
La mayor parte de la regulación gubernamental proviene del uso de vías fluviales. La mayoría de los sistemas de turbinas hidráulicas de baja altura son proyectos de ingeniería más pequeños que las turbinas hidráulicas tradicionales. Aun así, es necesario obtener permiso de las instituciones gubernamentales estatales y federales antes de implementar estos sistemas [1]. Algunas de las limitaciones que enfrentan estos sistemas en vías fluviales más grandes son garantizar que las vías fluviales aún puedan usarse para embarcaciones y garantizar que las rutas de migración de peces no se vean perturbadas.
Subsidios del gobierno
Los subsidios del gobierno estadounidense para la implementación de instalaciones hidroeléctricas de pequeña escala se pueden obtener más fácilmente a través de subvenciones federales, concretamente subvenciones para energía verde [2]. Un ejemplo específico es el Crédito Fiscal a la Producción de Electricidad Renovable. Se trata de un crédito fiscal federal destinado a promover los recursos energéticos renovables. Para calificar, la fuente hidroeléctrica debe tener una capacidad mínima de 150 kW. Esta subvención se otorga durante los primeros diez años de producción. Las organizaciones reciben $0,011/kWh. [3]. Para proyectos hidroeléctricos, este subsidio venció el 31 de diciembre de 2017 [4].
Percepción pública
Dado que se trata de una fuente de energía sostenible, no son perjudiciales para las fuentes de agua que utilizan y visualmente no son una monstruosidad, están bien considerados en la esfera pública [5] [ enlace muerto permanente ] . Sin embargo, hay poco conocimiento público e industrial sobre estos sistemas, ya que todavía se están probando para "responder a preguntas del mundo real". [6] Como tal, los defensores y fabricantes de estos sistemas han intentado hacerlos públicos [6]
Ver también
Referencias
- ^ "Definición de hidroeléctrica de baja cabeza - ExpertGlossary" . Consultado el 14 de diciembre de 2022 .
- ^ "VerdErg Energía Renovable". VerdErg Energías Renovables .
- ^ "Prueba de supervivencia de los peces de la" tecnología de turbina mejorada Venturi"" (PDF) . VerdErg Energías Renovables .
- ^ "El plan hidroeléctrico de Balmoral enfrenta obstáculos de planificación". Noticias de la BBC . 2018-02-27 . Consultado el 2 de julio de 2020 .
- ^ Ivánov, II; Ivanova, GA; Kondrat'ev, VN; Polinkovskii, IA (1 de enero de 1991). “Aumento de la eficiencia de las pequeñas centrales hidroeléctricas”. Construcción Hidrotécnica . 25 (1): 1–4. doi :10.1007/BF01428128. ISSN 1570-1468. S2CID 108957913.
- ^ Sofge, Erik (1 de octubre de 2009). "Las turbinas eólicas submarinas aprovechan la energía del río". Mecánica Popular .
- (2009). Noticias de energías alternativas. Consultado el 3 de marzo de 2009, sitio web: http://www.alternative-energy-news.info/technology/hidro/
- (2008, enero). Energía hidroeléctrica AE. Obtenido el 2 de marzo de 2009, sitio web: http://www.alternative-energy-news.info/renewable-energy-from-slow-water-currents/
Lam, Tina
- (2009, 25 de enero). Los científicos aprovecharán las corrientes de los ríos para crear energía limpia. Obtenido el 2 de marzo de 2009 del sitio web Physorg.com: http://www.physorg.com/news152115803.html
- (2008, 11 de abril). "Convertir las corrientes de los ríos en electricidad limpia". Obtenido el 2 de marzo de 2009 del sitio web de CNW Group: http://www.newswire.ca/en/releases/archive/April2008/11/c4718.html
Fairley, Pedro
- (2007, 23 de abril). Las turbinas mareomotrices ayudan a iluminar Manhattan. Obtenido el 3 de marzo de 2009 del sitio web de TEchnology Review: http://www.technologyreview.com/Energy/18567/?a=f
- (28 de enero de 2008) Alden ayuda a la energía de flujo libre en el desarrollo de turbinas hidrocinéticas. Obtenido el 3 de marzo de 2009 del sitio web de Alden News: http://www.aldenlab.com/index.cfm/News?NID=141
- (2001, 30 de abril). Ciencia y Tecnología - Séptimo Informe. Obtenido el 3 de marzo de 2009 del sitio web de Registros y Publicaciones de la Cámara de los Comunes: https://web.archive.org/web/20080509094036/http://www.parliament.the-stationery-office.co.uk/pa/ cm200001/cmselect/cmsctech/291/29102.htm
- Harvey, A y Brown, A (1992). Manual de diseño microhidráulico. Estocolmo: ITDG Publishing.
- Curtis, Dan (1999). Seguir la corriente: energía hidráulica a pequeña escala. GATO.
enlaces externos
- https://web.archive.org/web/20101129052257/http://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Hydro/Hydro_index.shtml#Regulación
- http://tonto.eia.doe.gov/energy_in_brief/energy_subsidies.cfm
- [7] [ enlace muerto permanente ]
- http://www.microhidropower.com/
- https://web.archive.org/web/20130317000437/http://www.dsireusa.org/incentives/incentive.cfm?Incentive_Code=US13F
- http://amppartners.org/pdf/project-reports/November_2011_Phase_1.pdf [ enlace muerto permanente ]
