La minicentral hidroeléctrica es el desarrollo de energía hidroeléctrica a una escala adecuada para la comunidad local y la industria, o para contribuir a la generación distribuida en una red eléctrica regional. [1] Las definiciones exactas varían, pero un proyecto "pequeño" hidroeléctrico es de menos de 50 megavatios (MW), y puede subdividirse a su vez por escala en "mini" (<1 MW), " micro " (<100 kW), " pico " (<10 kW). En contraste, muchos proyectos hidroeléctricos son de enorme tamaño, como la planta generadora de la presa de las Tres Gargantas de 22.500 megavatios o los vastos proyectos múltiples de la Autoridad del Valle de Tennessee .
Los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas pueden construirse en zonas aisladas en las que no resultaría rentable abastecerlas con una red eléctrica nacional, o en zonas en las que no exista una red nacional. Al no requerir grandes represas ni grandes capacidades de almacenamiento de agua, los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas son relativamente benignos para el medio ambiente. [2] Esto hace que los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas sean una solución atractiva para los activistas de las energías renovables, los ambientalistas y los inversores.
El uso del término "pequeña central hidroeléctrica" varía considerablemente en todo el mundo; el límite máximo suele estar entre 10 y 30 MW. Si bien no suele establecerse un límite mínimo, la Asociación Nacional de Energía Hidroeléctrica de Estados Unidos especifica un límite mínimo de 5 MW. [3] En California , las centrales hidroeléctricas con una capacidad máxima de menos de 30 MW se clasifican como pequeñas y son elegibles para su inclusión en el estándar de cartera renovable del estado , mientras que las centrales hidroeléctricas con una capacidad mayor se clasifican como grandes y no se consideran renovables. [4] La descripción de "pequeña central hidroeléctrica" puede ampliarse hasta 50 MW en Estados Unidos, Canadá y China. [5] En la India, los proyectos hidroeléctricos de hasta 25 MW de capacidad de central se han clasificado como proyectos de pequeña energía hidroeléctrica (SHP). [6]
La pequeña central hidroeléctrica se puede subdividir en minicentrales hidroeléctricas, que suelen tener entre 100 y 1.000 kilovatios (kW), y microcentrales hidroeléctricas , que tienen entre 5 y 100 kW. La microcentral hidroeléctrica suele ser la aplicación de energía hidroeléctrica destinada a comunidades más pequeñas, familias unifamiliares o pequeñas empresas. Las instalaciones más pequeñas son las picohidroeléctricas , por debajo de los 5 kW.
Dado que los proyectos hidroeléctricos de pequeña escala suelen implicar una obra civil relativamente pequeña y un embalse pequeño o nulo, se considera que tienen un impacto ambiental relativamente bajo en comparación con las grandes centrales hidroeléctricas. [7]
Otra característica definitoria de las pequeñas centrales hidroeléctricas es que su impacto físico es relativamente minúsculo en comparación con las grandes represas hidroeléctricas, que requieren un lago de almacenamiento de agua. Se almacena poca agua detrás del proyecto, si es que se almacena, y el río suele poder seguir fluyendo. [8]
Según un informe de REN21, durante 2008 las instalaciones de minicentrales hidroeléctricas crecieron un 28% con respecto al año 2005, elevando la capacidad total mundial de minicentrales hidroeléctricas a 85 gigavatios (GW). Más del 70% de esta cifra se concentra en China (con 65 GW), seguida de Japón (3,5 GW), Estados Unidos (3 GW) e India (2 GW). [9] Se espera que el crecimiento mundial sea del 2,8% anual hasta mediados de la década de 2020, cuando la capacidad será de unos 150 gigavatios. [ cita requerida ]
China planeó electrificar 10.000 aldeas más entre 2005 y 2010 en el marco de su Programa de Electrificación de Aldeas de China , que incluye más inversiones en pequeñas centrales hidroeléctricas y fotovoltaicas . [9] En 2010, China tenía 45.000 pequeñas instalaciones hidroeléctricas, especialmente en áreas rurales, que producían 160 Twh al año. [10] Más del 50% del potencial de energía hidroeléctrica a pequeña escala del mundo se encontraba en Asia; sin embargo, el informe señaló que "es posible que en el futuro se identifique más potencial de energía hidroeléctrica a pequeña escala tanto en los continentes africano como americano". [11] [12] [13]
En las montañas y selvas tropicales de Columbia Británica , Canadá, hay una gran cantidad de sitios adecuados para el desarrollo hidroeléctrico. Sin embargo, las preocupaciones ambientales hacia los grandes embalses después de la década de 1980 detuvieron la construcción de nuevas represas. La solución para hacer frente al aumento de la demanda fue ofrecer contratos a productores de energía independientes , que han construido 100 proyectos de pasada de menos de 50 MW. La producción de energía sin embalses varía drásticamente, pero las represas convencionales más antiguas retienen o liberan agua para promediar la producción a lo largo del año. En 2014, estos productores independientes generaron 18.000 GWh a partir de 4.500 MW de capacidad. [14]
Las ruedas hidráulicas de madera a lo largo de las riberas de los ríos pueden considerarse los primeros ejemplos de "pequeñas centrales hidroeléctricas". [15] Hasta el siglo XVII, la eficiencia de las ruedas hidráulicas se acercaba al 70%. Sin embargo, a medida que aumentaba la necesidad de generación de energía, los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas se fueron eliminando gradualmente en favor de las represas a gran escala que utilizaban turbinas de nuevo diseño. [16]
La doctrina ambiental posterior al siglo XX se está alejando de la construcción de centrales hidroeléctricas a gran escala debido a la mayor conciencia de los problemas ecológicos asociados con las represas. Por ejemplo, los grandes lagos artificiales a menudo inundan hábitats y comunidades y perturban las especies que dependen de un caudal constante de los ríos. [16] Entre los ejemplos de proyectos anteriores que buscaban eliminar las represas se incluyen la restauración del río Elwha y el movimiento para eliminar la represa del río Klamath.
Desde la década de 1960, el número de nuevos proyectos de energía hidroeléctrica en pequeña escala ha disminuido a pesar de que la capacidad supera con creces el uso actual. A pesar de esta tendencia, algunos países, entre ellos China, India y Brasil, están ampliando significativamente su capacidad de energía hidroeléctrica en pequeña escala en el siglo XXI. [16]
La energía hidroeléctrica es la generación de energía eléctrica a partir del movimiento del agua. Una instalación hidroeléctrica requiere un caudal de agua fiable y una altura razonable para que el agua caiga, denominada altura de caída . En una instalación típica, el agua se introduce desde un depósito a través de una tubería hasta una turbina . El agua que fluye a través de la turbina hace que un generador eléctrico gire, convirtiendo el movimiento en energía eléctrica.
Las centrales hidroeléctricas a pequeña escala pueden desarrollarse mediante la construcción de nuevas instalaciones o mediante la renovación de represas existentes cuyo propósito principal es el control de inundaciones o el riego. Es posible renovar los sitios de centrales hidroeléctricas antiguas, a veces recuperando una inversión sustancial en la instalación, como tuberías forzadas y turbinas, o simplemente reutilizando los derechos de agua asociados con un sitio abandonado. Cualquiera de estas ventajas de ahorro de costos puede hacer que la rentabilidad de la inversión en un sitio de centrales hidroeléctricas a pequeña escala valga la pena si se utilizan los sitios existentes.
Brasil es otro país que está invirtiendo fuertemente en pequeñas centrales hidroeléctricas. El propio Brasil es líder en generación hidroeléctrica, el tercer país con mayor capacidad hidroeléctrica instalada del mundo, con 79 GW, detrás de Estados Unidos, con 100 GW, y China, en primer lugar, con 171 GW. [17] A partir de 2024, se construirán 51 nuevos proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas en Brasil.
Muchas empresas ofrecen paquetes estandarizados de generadores de turbina en un rango aproximado de tamaño de 200 kW a 10 MW. Estos paquetes "de agua a cable" simplifican la planificación y el desarrollo del sitio ya que un proveedor se encarga de la mayor parte del suministro de equipos. Debido a que los costos de ingeniería no recurrentes se minimizan y el costo de desarrollo se distribuye entre varias unidades, el costo de estos sistemas de paquetes se reduce. Si bien a menudo se utilizan generadores sincrónicos capaces de operar plantas aisladas, las pequeñas plantas hidroeléctricas conectadas a un sistema de red eléctrica pueden utilizar generadores de inducción económicos para reducir aún más el costo de instalación y simplificar el control y la operación.
Los proyectos pequeños de “flujo continuo” no cuentan con una presa convencional con un embalse, sino solo con un vertedero para formar un estanque de desvío del agua de entrada hacia la turbina. El agua no utilizada simplemente fluye por el vertedero y el estanque de desvío puede tener capacidad de almacenamiento para un solo día, insuficiente para veranos secos o inviernos helados en los que la generación puede detenerse. Un escenario preferido es tener la entrada en un lago existente.
Se han desarrollado sistemas modulares “microhidrocinéticos” para canales de riego . [18] “ Los distritos de riego en todo Estados Unidos han instalado plantas de energía en puntos de desviación y bajantes dentro de los canales, que se utilizan tradicionalmente para medir el caudal, para estabilizar las cargas aguas arriba y para disipar la energía donde hay un cambio de elevación significativo en todo el sistema de canales”. [19]
Países como India y China tienen políticas a favor de las pequeñas centrales hidroeléctricas y el proceso regulatorio permite la construcción de represas y embalses. En América del Norte y Europa, el proceso regulatorio es demasiado largo y costoso para considerar la construcción de una represa y un embalse para un proyecto pequeño.
Los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas suelen tener procedimientos ambientales y de licencias más rápidos y, dado que los equipos suelen fabricarse en serie, están estandarizados y simplificados y la construcción de obras civiles también es reducida, los proyectos pueden desarrollarse muy rápidamente. El tamaño físicamente más pequeño de los equipos hace que sea más fácil transportarlos a áreas remotas sin buen acceso por carretera o ferrocarril.
Una medida de la reducción del impacto ambiental de los lagos y embalses depende del equilibrio entre el caudal del río y la producción de energía. Reducir las desviaciones de agua ayuda al ecosistema del río, pero reduce el rendimiento de la inversión (ROI) del sistema hidroeléctrico. El diseño del sistema hidroeléctrico debe lograr un equilibrio para mantener tanto la salud del río como la economía.
Parte del equilibrio entre el rendimiento de la inversión en un proyecto hidroeléctrico de pequeña escala y la preocupación por el medio ambiente es la proximidad del proyecto a la red eléctrica nacional. Cuanto más aislado esté un proyecto hidroeléctrico de pequeña escala, más rentable será su construcción. [20]
Las principales ventajas del desarrollo de pequeñas centrales hidroeléctricas incluyen el bajo costo de construcción, la justicia ambiental y la capacidad de permanecer desconectado de las redes eléctricas centralizadas.
Las zonas rurales o aisladas, cuya conexión a las redes eléctricas nacionales es costosa, son el lugar donde se desarrollan la mayoría de los proyectos de minicentrales hidroeléctricas. Por ejemplo, las zonas rurales de la India o de otros países que tienen regímenes de agua corriente utilizan minicentrales hidroeléctricas para proporcionar una fuente de energía renovable sin conexión a la red eléctrica nacional. [21] Además, en las comunidades geográficamente aisladas de las redes eléctricas nacionales, los proyectos de minicentrales hidroeléctricas proporcionan la mayor reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. [22]
Para los inversores, los ambientalistas y los responsables de las políticas, los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas se consideran más viables cuando el impacto ecológico y las ganancias proyectadas después de la construcción son mínimos. [23] Se ha demostrado que es relativamente fácil para las partes interesadas dar luz verde a los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas si se cumplen estas condiciones, incluso en un grado leve. [23]
Una última ventaja que se ha señalado de las pequeñas centrales hidroeléctricas en comparación con los proyectos hidroeléctricos de mayor tamaño o las plantas de combustibles fósiles es un elemento de justicia ambiental. En varias comunidades que carecen de acceso esencial a la electricidad, las pequeñas centrales hidroeléctricas ofrecen una fuente de electricidad fiable y limpia. [24] Los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas normalmente no requieren una asistencia gubernamental significativa. Las lagunas en la gobernanza permiten que se construyan pequeños proyectos hidroeléctricos que proporcionen energía local a las comunidades locales. [24]
Las desventajas de las pequeñas centrales hidroeléctricas existen principalmente en la alteración del hábitat y el posible aumento de los costos.
Algunas de las desventajas de las centrales hidroeléctricas de pequeña escala se manifiestan en la forma en que se altera el sistema de agua corriente. En los proyectos de diseño de pasada , el mayor daño a los sistemas hídricos es la alteración del régimen de caudal, la pérdida de cohesión y conectividad de los ríos y la degradación del hábitat que afecta principalmente a los peces y a los macroinvertebrados. [25]
Aunque el costo de los proyectos hidroeléctricos de pequeña escala es generalmente mucho menor que el de los sistemas hidroeléctricos de gran escala, la construcción tiene un costo. Teniendo esto en cuenta, si un proyecto hidroeléctrico de pequeña escala resulta poco rentable, tendrá un gasto presupuestario descomunal en comparación con los proyectos de gran escala que superan el presupuesto. [26]
África
Asia
Europa
América del norte
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