La energía hidroeléctrica (del griego antiguo ὑδρο -, "agua"), también conocida como energía hidráulica , es el uso del agua que cae o corre rápidamente para producir electricidad o para accionar máquinas. Esto se logra convirtiendo el potencial gravitacional o la energía cinética de una fuente de agua para producir energía. [1] La energía hidroeléctrica es un método de producción de energía sostenible . La energía hidroeléctrica ahora se utiliza principalmente para la generación de energía hidroeléctrica y también se aplica como la mitad de un sistema de almacenamiento de energía conocido como hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo .
La energía hidroeléctrica es una alternativa atractiva a los combustibles fósiles , ya que no produce directamente dióxido de carbono ni otros contaminantes atmosféricos y proporciona una fuente de energía relativamente constante. No obstante, tiene desventajas económicas, sociológicas y ambientales y requiere una fuente de agua suficientemente energética, como un río o un lago elevado . [2] Las instituciones internacionales como el Banco Mundial consideran que la energía hidroeléctrica es un medio de bajo consumo de carbono para el desarrollo económico . [3]
Desde la antigüedad, la energía hidroeléctrica de los molinos de agua se ha utilizado como fuente de energía renovable para el riego y el funcionamiento de dispositivos mecánicos, como molinos harineros , aserraderos , fábricas textiles , martillos hidráulicos , grúas de muelle, ascensores domésticos y molinos de mineral . A veces se utiliza un trompe , que produce aire comprimido a partir del agua que cae, para alimentar otras máquinas a distancia. [4] [1]
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Un recurso hidroeléctrico puede evaluarse por su potencia disponible . La potencia es una función de la carga hidráulica y del caudal volumétrico . La carga es la energía por unidad de peso (o unidad de masa) de agua. [5] La carga estática es proporcional a la diferencia de altura a través de la cual cae el agua. La carga dinámica está relacionada con la velocidad del agua en movimiento. Cada unidad de agua puede realizar una cantidad de trabajo igual a su peso multiplicado por la carga.
La potencia disponible al caer el agua se puede calcular a partir del caudal y la densidad del agua, la altura de caída y la aceleración local debida a la gravedad:
A modo de ejemplo, la potencia de salida de una turbina con una eficiencia del 85%, con un caudal de 80 metros cúbicos por segundo (2800 pies cúbicos por segundo) y una altura de 145 metros (476 pies), es de 97 megavatios: [nota 1]
Los operadores de las centrales hidroeléctricas comparan la energía eléctrica total producida con la energía potencial teórica del agua que pasa por la turbina para calcular la eficiencia. Los procedimientos y definiciones para el cálculo de la eficiencia se dan en códigos de prueba como ASME PTC 18 e IEC 60041. Las pruebas de campo de las turbinas se utilizan para validar la garantía de eficiencia del fabricante. El cálculo detallado de la eficiencia de una turbina hidroeléctrica tiene en cuenta la pérdida de carga debido a la fricción del flujo en el canal de energía o tubería forzada, el aumento del nivel del agua de cola debido al flujo, la ubicación de la estación y el efecto de la gravedad variable, la temperatura del aire y la presión barométrica, la densidad del agua a temperatura ambiente y las altitudes relativas del antecámara y el depósito de descarga. Para cálculos precisos, se deben considerar los errores debidos al redondeo y el número de dígitos significativos de las constantes. [6]
Algunos sistemas hidroeléctricos, como las ruedas hidráulicas, pueden extraer energía del flujo de un cuerpo de agua sin cambiar necesariamente su altura. En este caso, la energía disponible es la energía cinética del agua que fluye. Las ruedas hidráulicas con sobrealimentación pueden capturar eficientemente ambos tipos de energía. [7] El caudal de un arroyo puede variar ampliamente de una estación a otra. El desarrollo de un sitio hidroeléctrico requiere el análisis de registros de caudal , que a veces abarcan décadas, para evaluar el suministro de energía anual confiable. Las presas y los embalses proporcionan una fuente de energía más confiable al suavizar los cambios estacionales en el caudal de agua. Sin embargo, los embalses tienen un impacto ambiental significativo , al igual que la alteración del caudal natural de los arroyos. El diseño de las presas debe tener en cuenta el peor de los casos, la "inundación máxima probable" que se puede esperar en el sitio; a menudo se incluye un aliviadero para dirigir los flujos de inundación alrededor de la presa. Se utiliza un modelo informático de la cuenca hidráulica y los registros de lluvia y nevadas para predecir la inundación máxima. [ cita requerida ]
Se han identificado algunas desventajas de la energía hidroeléctrica. Las fallas de las represas pueden tener efectos catastróficos, como pérdidas de vidas y propiedades y contaminación de la tierra.
Las represas y los embalses pueden tener importantes efectos negativos en los ecosistemas fluviales , como impedir que algunos animales se desplacen río arriba, enfriar y desoxigenar el agua liberada río abajo y perder nutrientes debido a la sedimentación de partículas. [8] Los sedimentos de los ríos forman deltas y las represas les impiden restaurar lo que se pierde por la erosión. [9] [10] Además, los estudios han demostrado que la construcción de represas y embalses puede provocar la pérdida de hábitat para algunas especies acuáticas. [11]
Las grandes y profundas presas y embalses cubren grandes extensiones de tierra, lo que provoca emisiones de gases de efecto invernadero a partir de la vegetación submarina en descomposición. Además, aunque a niveles más bajos que otras fuentes de energía renovable , [ cita requerida ] se descubrió que la energía hidroeléctrica produce metano equivalente a casi mil millones de toneladas de CO2 de efecto invernadero al año. [12] Esto ocurre cuando las materias orgánicas se acumulan en el fondo del embalse debido a la desoxigenación del agua, lo que desencadena la digestión anaeróbica . [13]
Las personas que viven cerca de una planta hidroeléctrica se ven desplazadas durante la construcción o cuando las orillas de los embalses se vuelven inestables. [11] Otra posible desventaja es que los sitios culturales o religiosos pueden bloquear la construcción. [11] [nota 2]
Un molino de agua es un molino que utiliza energía hidráulica. Es una estructura que utiliza una rueda hidráulica o turbina hidráulica para impulsar un proceso mecánico como la molienda , el laminado o el martillado . Dichos procesos son necesarios en la producción de muchos bienes materiales, incluidos la harina , la madera , el papel , los textiles y muchos productos metálicos . Estos molinos de agua pueden incluir molinos harineros , aserraderos , fábricas de papel , fábricas textiles , molinos de martillos , molinos de martillos , laminadores y trefiladores .
Una de las principales formas de clasificar los molinos de agua es por la orientación de las ruedas (vertical u horizontal), uno accionado por una rueda hidráulica vertical a través de un mecanismo de engranajes , y el otro equipado con una rueda hidráulica horizontal sin dicho mecanismo. El primer tipo se puede subdividir, dependiendo de dónde golpea el agua las paletas de la rueda, en molinos de rueda hidráulica de tiro inferior, superior, de tiro de pecho y de tiro trasero (tiro inverso o tiro trasero). Otra forma de clasificar los molinos de agua es por un rasgo esencial sobre su ubicación: los molinos de marea utilizan el movimiento de la marea; los molinos de barco son molinos de agua a bordo (y que constituyen) un barco.
Los molinos de agua afectan la dinámica fluvial de los cursos de agua donde están instalados. Durante el tiempo que los molinos de agua funcionan, los canales tienden a sedimentarse , particularmente en el área de remanso . [14] También en el área de remanso, los eventos de inundación y la sedimentación de las llanuras de inundación adyacentes aumentan. Sin embargo, con el tiempo, estos efectos se cancelan al aumentar el nivel de las riberas de los ríos. [14] Donde se han eliminado los molinos, la incisión del río aumenta y los canales se profundizan. [14]Se puede hacer que una gran columna de agua genere aire comprimido directamente sin partes móviles. En estos diseños, una columna de agua que cae se mezcla deliberadamente con burbujas de aire generadas a través de turbulencia o un reductor de presión Venturi en la entrada de alto nivel. Esto permite que caiga por un pozo hacia una cámara subterránea de techo alto donde el aire ahora comprimido se separa del agua y queda atrapado. La altura de la columna de agua que cae mantiene la compresión del aire en la parte superior de la cámara, mientras que una salida, sumergida por debajo del nivel del agua en la cámara, permite que el agua fluya de regreso a la superficie a un nivel inferior al de la entrada. Una salida separada en el techo de la cámara suministra el aire comprimido. En 1910 se construyó una instalación según este principio en el río Montreal en Ragged Shutes, cerca de Cobalt, Ontario , y suministró 5000 caballos de fuerza a las minas cercanas. [15]
La hidroelectricidad es la mayor aplicación de la energía hidroeléctrica. Genera alrededor del 15% de la electricidad mundial y proporciona al menos el 50% del suministro total de electricidad a más de 35 países. [16] En 2021, la capacidad eléctrica hidroeléctrica instalada a nivel mundial alcanzó casi 1400 GW, la más alta entre todas las tecnologías de energía renovable. [17]
La generación de energía hidroeléctrica comienza con la conversión de la energía potencial del agua presente debido a la elevación del sitio o la energía cinética del agua en movimiento en energía eléctrica. [13]
Las centrales hidroeléctricas varían en cuanto a la forma en que recolectan energía. Un tipo implica una presa y un embalse . El agua del embalse está disponible según la demanda para ser utilizada para generar electricidad al pasar por canales que conectan la presa con el embalse. El agua hace girar una turbina, que está conectada al generador que produce electricidad. [13]
El otro tipo se denomina central de pasada. En este caso, se construye una presa para controlar el flujo de agua, en ausencia de un embalse . La central de pasada necesita un flujo de agua continuo y, por lo tanto, tiene menos capacidad para proporcionar energía según la demanda. La energía cinética del agua que fluye es la principal fuente de energía. [13]
Ambos diseños tienen limitaciones. Por ejemplo, la construcción de presas puede resultar incómoda para los residentes cercanos. La presa y los embalses ocupan una cantidad relativamente grande de espacio al que pueden oponerse las comunidades cercanas. [18] Además, los embalses pueden tener consecuencias ambientales importantes, como dañar los hábitats río abajo. [13] Por otro lado, la limitación del proyecto de pasada es la menor eficiencia de la generación de electricidad porque el proceso depende de la velocidad del flujo estacional del río. Esto significa que la temporada de lluvias aumenta la generación de electricidad en comparación con la temporada seca. [19]
El tamaño de las centrales hidroeléctricas puede variar desde pequeñas centrales llamadas microhidroeléctricas hasta grandes centrales que suministran energía a todo un país. A fecha de 2019, las cinco centrales eléctricas más grandes del mundo son centrales hidroeléctricas convencionales con represas. [20]
La energía hidroeléctrica también se puede utilizar para almacenar energía en forma de energía potencial entre dos embalses a diferentes alturas mediante el sistema de almacenamiento por bombeo . El agua se bombea hacia arriba hasta los embalses durante los períodos de baja demanda para liberarla para la generación cuando la demanda es alta o la generación del sistema es baja. [21]
Otras formas de generación de electricidad con energía hidroeléctrica incluyen generadores de corrientes de marea que utilizan energía de las mareas generadas por océanos, ríos y sistemas de canales artificiales para generar electricidad. [13]
Se ha dicho que la lluvia es "una de las últimas fuentes de energía sin explotar de la naturaleza. Cuando llueve, pueden caer miles de millones de litros de agua, que tienen un enorme potencial eléctrico si se utilizan de la forma adecuada". [22] Se están realizando investigaciones sobre los diferentes métodos de generar energía a partir de la lluvia, como por ejemplo utilizando la energía del impacto de las gotas de lluvia. Este proceso se encuentra en sus primeras etapas, y se están probando, creando prototipos y creando tecnologías nuevas y emergentes. Esta energía se ha denominado energía de lluvia. [23] [24] Un método en el que se ha intentado esto es mediante el uso de paneles solares híbridos llamados "paneles solares para todo clima" que pueden generar electricidad tanto a partir del sol como de la lluvia. [25]
Según el zoólogo y educador en ciencia y tecnología Luis Villazón, "un estudio francés de 2008 estimó que se podrían utilizar dispositivos piezoeléctricos, que generan energía cuando se mueven, para extraer 12 milivatios de una gota de lluvia. En un año, esto equivaldría a menos de 0,001 kWh por metro cuadrado, suficiente para alimentar un sensor remoto". Villazón sugirió que una mejor aplicación sería recolectar el agua de la lluvia caída y utilizarla para impulsar una turbina, con una generación de energía estimada de 3 kWh de energía por año para un techo de 185 m2. [ 26] Un sistema basado en microturbinas creado por tres estudiantes de la Universidad Tecnológica de México se ha utilizado para generar electricidad. El sistema Pluvia "utiliza la corriente de agua de lluvia que se escurre de las canaletas de lluvia de los techos de las casas para hacer girar una microturbina en una carcasa cilíndrica. La electricidad generada por esa turbina se utiliza para cargar baterías de 12 voltios". [27]
El término energía pluvial también se ha aplicado a los sistemas hidroeléctricos que incluyen el proceso de captación de la lluvia. [22] [26]
La evidencia sugiere que los fundamentos de la energía hidroeléctrica datan de la antigua civilización griega . [28] Otra evidencia indica que la rueda hidráulica surgió de forma independiente en China alrededor del mismo período. [28] La evidencia de ruedas hidráulicas y molinos de agua data del antiguo Cercano Oriente en el siglo IV a. C. [29] : 14 Además, la evidencia indica el uso de energía hidroeléctrica mediante máquinas de irrigación en civilizaciones antiguas como Sumeria y Babilonia . [11] Los estudios sugieren que la rueda hidráulica fue la forma inicial de energía hidráulica y fue impulsada por humanos o animales. [11]
En el Imperio Romano , Vitruvio describió los molinos accionados por agua en el siglo I a. C. [30] El molino de Barbegal , ubicado en la actual Francia, tenía 16 ruedas hidráulicas que procesaban hasta 28 toneladas de grano por día. [4] Las ruedas hidráulicas romanas también se usaban para serrar mármol, como el aserradero de Hierápolis de finales del siglo III d. C. [31] Estos aserraderos tenían una rueda hidráulica que impulsaba dos manivelas y bielas para accionar dos sierras. También aparece en dos aserraderos romanos orientales del siglo VI excavados en Éfeso y Gerasa respectivamente. El mecanismo de manivela y biela de estos molinos de agua romanos convertía el movimiento rotatorio de la rueda hidráulica en el movimiento lineal de las hojas de la sierra. [32]
En un principio, se pensó que los martillos hidráulicos y los fuelles de China, durante la dinastía Han (202 a. C. - 220 d. C.), funcionaban con palas de agua . [29] : 26–30 Sin embargo, algunos historiadores sugirieron que funcionaban con ruedas hidráulicas. Esto se debe a que se teorizó que las palas de agua no habrían tenido la fuerza motriz para operar los fuelles de sus altos hornos . [33] Muchos textos describen la rueda hidráulica huna; algunos de los más antiguos son el diccionario Jijiupian del 40 a. C., el texto de Yang Xiong conocido como Fangyan del 15 a. C., así como Xin Lun, escrito por Huan Tan alrededor del 20 d. C. [34] También fue durante esta época cuando el ingeniero Du Shi (c. 31 d. C.) aplicó la potencia de las ruedas hidráulicas a los pistones - fuelles para forjar hierro fundido. [34]
Los textos indios antiguos que datan del siglo IV a. C. hacen referencia al término cakkavattaka (rueda giratoria), que los comentarios explican como arahatta-ghati-yanta (máquina con ruedas acopladas), sin embargo, los eruditos discuten si se trata de una máquina accionada por agua o a mano [35] La India recibió molinos de agua y baños romanos a principios del siglo IV d. C. cuando un cierto según fuentes griegas. [36] Presas, aliviaderos, embalses, canales y balance hídrico se desarrollarían en la India durante los imperios Maurya , Gupta y Chola . [37] [38] [39]
Otro ejemplo del uso temprano de la energía hidroeléctrica se ve en el hushing , un método histórico de minería que utiliza inundaciones o torrentes de agua para revelar vetas minerales. El método se utilizó por primera vez en las minas de oro de Dolaucothi en Gales a partir del año 75 d. C. Este método se desarrolló aún más en España en minas como Las Médulas . El hushing también se usó ampliamente en Gran Bretaña en la Edad Media y en períodos posteriores para extraer minerales de plomo y estaño . Más tarde evolucionó hacia la minería hidráulica cuando se utilizó durante la fiebre del oro de California en el siglo XIX. [40]
El Imperio Islámico se extendió por una gran región, principalmente en Asia y África, junto con otras áreas circundantes. [41] Durante la Edad de Oro islámica y la Revolución Agrícola Árabe (siglos VIII-XIII), la energía hidroeléctrica fue ampliamente utilizada y desarrollada. Los primeros usos de la energía maremotriz surgieron junto con grandes complejos fabriles hidráulicos. [42] Se utilizó una amplia gama de molinos industriales impulsados por agua en la región, incluidos batanes , molinos harineros , fábricas de papel , descascaradoras , aserraderos , molinos de barcos , molinos de sellos , fábricas de acero , molinos de azúcar y molinos de mareas . En el siglo XI, todas las provincias del Imperio Islámico tenían estos molinos industriales en funcionamiento, desde Al-Andalus y el norte de África hasta Oriente Medio y Asia Central . [43] : 10 Los ingenieros musulmanes también utilizaron turbinas de agua mientras empleaban engranajes en molinos de agua y máquinas para levantar agua. También fueron pioneros en el uso de represas como fuente de energía hidráulica, utilizadas para proporcionar energía adicional a los molinos de agua y las máquinas para elevar el agua. [44] Las técnicas de irrigación islámicas, incluidas las ruedas persas , se introducirían en la India y se combinarían con métodos locales durante el Sultanato de Delhi y el Imperio mogol . [45]
Además, en su libro, El libro del conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos , el ingeniero mecánico musulmán, Al-Jazari (1136-1206) describió diseños para 50 dispositivos. Muchos de estos dispositivos eran impulsados por agua, incluidos relojes, un dispositivo para servir vino y cinco dispositivos para sacar agua de ríos o estanques, donde tres de ellos son impulsados por animales y uno puede ser impulsado por animales o agua. Además, incluían una cinta sin fin con jarras adjuntas, un shadoof impulsado por vacas (una herramienta de irrigación similar a una grúa) y un dispositivo alternativo con válvulas articuladas. [46]
En el siglo XIX, el ingeniero francés Benoît Fourneyron desarrolló la primera turbina hidroeléctrica. Este dispositivo se implementó en la planta comercial de las Cataratas del Niágara en 1895 y todavía está en funcionamiento. [11] A principios del siglo XX, el ingeniero inglés William Armstrong construyó y operó la primera central eléctrica privada que estaba ubicada en su casa en Cragside en Northumberland , Inglaterra. [11] En 1753, el ingeniero francés Bernard Forest de Bélidor publicó su libro, Architecture Hydraulique , que describía las máquinas hidráulicas de eje vertical y eje horizontal. [47]
La creciente demanda de la Revolución Industrial también impulsaría el desarrollo. [48] Al comienzo de la Revolución Industrial en Gran Bretaña, el agua era la principal fuente de energía para nuevos inventos como el marco hidráulico de Richard Arkwright . [49] Aunque la energía hidráulica dio paso a la energía de vapor en muchos de los molinos y fábricas más grandes, todavía se utilizó durante los siglos XVIII y XIX para muchas operaciones más pequeñas, como impulsar los fuelles en pequeños altos hornos (por ejemplo, el horno Dyfi ) y molinos de harina , como los construidos en Saint Anthony Falls , que utiliza la caída de 50 pies (15 m) en el río Misisipi . [50] [49]
Los avances tecnológicos hicieron que la rueda hidráulica abierta se convirtiera en una turbina cerrada o motor hidráulico . En 1848, el ingeniero británico-estadounidense James B. Francis , ingeniero jefe de la empresa Lowell's Locks and Canals, mejoró estos diseños para crear una turbina con una eficiencia del 90%. [51] Aplicó principios científicos y métodos de prueba al problema del diseño de turbinas. Sus métodos de cálculo matemático y gráfico permitieron el diseño seguro de turbinas de alta eficiencia para que coincidieran exactamente con las condiciones de flujo específicas de un sitio. La turbina de reacción Francis todavía se utiliza. En la década de 1870, a partir de usos en la industria minera de California, Lester Allan Pelton desarrolló la turbina de impulso de rueda Pelton de alta eficiencia , que utilizaba la energía hidroeléctrica de los arroyos de gran altura característicos de Sierra Nevada . [ cita requerida ]
La historia moderna de la energía hidroeléctrica comienza en el siglo XX, con grandes represas construidas no solo para alimentar molinos o fábricas vecinas [52] sino para proporcionar electricidad en gran escala a grupos de personas cada vez más distantes. La competencia impulsó gran parte de la locura hidroeléctrica global: Europa compitió entre sí para electrificar primero, y las plantas hidroeléctricas de los Estados Unidos en las cataratas del Niágara y Sierra Nevada inspiraron creaciones más grandes y audaces en todo el mundo. [53] Los financieros y expertos en energía hidroeléctrica estadounidenses y de la URSS también difundieron el evangelio de las represas y la hidroelectricidad en todo el mundo durante la Guerra Fría , contribuyendo a proyectos como la presa de las Tres Gargantas y la presa alta de Asuán . [54] Alimentar el deseo de electrificación a gran escala con agua requirió inherentemente grandes represas a lo largo de ríos poderosos, [55] lo que impactó los intereses públicos y privados río abajo y en las zonas de inundación. [56] Inevitablemente, las comunidades más pequeñas y los grupos marginados sufrieron. No pudieron resistir con éxito a las empresas que los inundaban y los expulsaban de sus hogares o bloqueaban los pasos tradicionales del salmón . [57] El agua estancada creada por las represas hidroeléctricas proporciona un caldo de cultivo para plagas y patógenos , lo que conduce a epidemias locales . [58] Sin embargo, en algunos casos, una necesidad mutua de energía hidroeléctrica podría conducir a la cooperación entre naciones que de otro modo serían adversarias. [59]
La tecnología y la actitud en materia de energía hidroeléctrica comenzaron a cambiar en la segunda mitad del siglo XX. Si bien los países habían abandonado en gran medida sus pequeños sistemas hidroeléctricos en la década de 1930, las centrales hidroeléctricas más pequeñas comenzaron a recuperarse en la década de 1970, impulsadas por los subsidios gubernamentales y la presión para que hubiera más productores de energía independientes. [55] Algunos políticos que alguna vez defendieron los grandes proyectos hidroeléctricos en la primera mitad del siglo XX comenzaron a manifestarse en contra de ellos, y los grupos de ciudadanos que se organizaban contra los proyectos de represas aumentaron. [60]
En los años 1980 y 1990, el movimiento internacional contra las represas había hecho que encontrar inversores gubernamentales o privados para nuevos proyectos hidroeléctricos de gran envergadura fuera increíblemente difícil, y dio lugar al surgimiento de ONG dedicadas a luchar contra las represas. [61] Además, mientras que el coste de otras fuentes de energía cayó, el coste de construir nuevas represas hidroeléctricas aumentó un 4% anual entre 1965 y 1990, debido tanto al aumento de los costes de construcción como a la disminución de los sitios de construcción de alta calidad. [62] En la década de 1990, sólo el 18% de la electricidad mundial provenía de la energía hidroeléctrica. [63] La producción de energía maremotriz también surgió en la década de 1960 como un floreciente sistema hidroeléctrico alternativo, aunque todavía no se ha consolidado como un fuerte contendiente energético. [64]
Especialmente al comienzo del experimento hidroeléctrico estadounidense, los ingenieros y políticos comenzaron grandes proyectos hidroeléctricos para resolver un problema de "potencial desperdiciado" en lugar de abastecer a una población que necesitaba electricidad. Cuando la Niagara Falls Power Company comenzó a estudiar la posibilidad de construir una represa en el Niágara, el primer gran proyecto hidroeléctrico de los Estados Unidos, en la década de 1890, lucharon por transportar electricidad desde las cataratas lo suficientemente lejos como para llegar a suficientes personas y justificar la instalación. El proyecto tuvo éxito en gran parte debido a la invención del motor de corriente alterna por parte de Nikola Tesla . [65] [66] Al otro lado del país, los ingenieros de San Francisco , el Sierra Club y el gobierno federal lucharon por el uso aceptable del valle Hetch Hetchy . A pesar de la aparente protección dentro de un parque nacional, los ingenieros de la ciudad ganaron con éxito los derechos tanto de agua como de energía en el valle de Hetch Hetchy en 1913. Después de su victoria, entregaron la energía hidroeléctrica y el agua de Hetch Hetchy a San Francisco una década después y al doble del costo prometido, vendiendo energía a PG&E que la revendió a los residentes de San Francisco con una ganancia. [67] [68] [69]
El Oeste americano, con sus ríos de montaña y la falta de carbón, recurrió a la energía hidroeléctrica pronto y con frecuencia, especialmente a lo largo del río Columbia y sus afluentes. La Oficina de Recuperación construyó la presa Hoover en 1931, vinculando simbólicamente las prioridades de creación de empleo y crecimiento económico del New Deal . [70] El gobierno federal siguió rápidamente a Hoover con la presa Shasta y la presa Grand Coulee . La demanda de energía en Oregón no justificó la construcción de una represa en el Columbia hasta que la Primera Guerra Mundial reveló las debilidades de una economía energética basada en el carbón. El gobierno federal comenzó entonces a priorizar la energía interconectada, y mucha. [71] La electricidad de las tres presas se vertió en la producción bélica durante la Segunda Guerra Mundial . [72]
Después de la guerra, la presa Grand Coulee y los proyectos hidroeléctricos que la acompañaron electrificaron casi toda la cuenca rural del río Columbia , pero no lograron mejorar las vidas de quienes vivían y cultivaban allí como prometían sus impulsores y también dañaron el ecosistema del río y las poblaciones migratorias de salmón. También en la década de 1940, el gobierno federal aprovechó la gran cantidad de energía no utilizada y agua corriente del Grand Coulee para construir un sitio nuclear ubicado en las orillas del río Columbia. El sitio nuclear filtró material radiactivo al río, contaminando toda la zona. [73]
Los estadounidenses posteriores a la Segunda Guerra Mundial, especialmente los ingenieros de la Autoridad del Valle de Tennessee , dejaron de centrarse simplemente en la construcción de represas nacionales para pasar a promover la energía hidroeléctrica en el extranjero. [74] [75] Si bien la construcción de represas nacionales continuó hasta bien entrada la década de 1970, con la Oficina de Recuperación y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército construyendo más de 150 nuevas represas en todo el oeste estadounidense, [74] la oposición organizada a las represas hidroeléctricas surgió en las décadas de 1950 y 1960 basada en preocupaciones ambientales. Los movimientos ambientalistas cerraron con éxito las represas hidroeléctricas propuestas en el Monumento Nacional de los Dinosaurios y el Gran Cañón , y obtuvieron más herramientas para combatir la energía hidroeléctrica con la legislación ambiental de la década de 1970. A medida que los combustibles nucleares y fósiles crecieron en las décadas de 1970 y 1980 y los activistas ambientales presionaron por la restauración de los ríos, la energía hidroeléctrica gradualmente perdió importancia en Estados Unidos. [76]
Las potencias extranjeras y las OIG han utilizado con frecuencia proyectos hidroeléctricos en África como una herramienta para interferir en el desarrollo económico de los países africanos, como el Banco Mundial con las presas de Kariba y Akosombo , y la Unión Soviética con la presa de Asuán . [77] El río Nilo en especial ha soportado las consecuencias de los países a lo largo del Nilo y de actores extranjeros distantes que utilizan el río para expandir su poder económico o fuerza nacional. Después de la ocupación británica de Egipto en 1882, los británicos trabajaron con Egipto para construir la primera presa de Asuán, [78] que aumentaron en 1912 y 1934 para tratar de contener las inundaciones del Nilo. El ingeniero egipcio Adriano Daninos desarrolló un plan para la presa alta de Asuán, inspirado en la presa multipropósito de la Autoridad del Valle de Tennessee.
Cuando Gamal Abdel Nasser tomó el poder en la década de 1950, su gobierno decidió emprender el proyecto de la Gran Presa, publicitándolo como un proyecto de desarrollo económico. [75] Después de la negativa estadounidense a ayudar a financiar la presa, y el sentimiento antibritánico en Egipto y los intereses británicos en el vecino Sudán se combinaron para hacer que el Reino Unido también se retirara, la Unión Soviética financió la Gran Presa de Asuán. [79] Entre 1977 y 1990, las turbinas de la presa generaron un tercio de la electricidad de Egipto. [80] La construcción de la presa de Asuán desencadenó una disputa entre Sudán y Egipto sobre el reparto del Nilo, especialmente porque la presa inundó parte de Sudán y disminuyó el volumen de agua disponible para ellos. Etiopía , también ubicada en el Nilo, aprovechó las tensiones de la Guerra Fría para solicitar asistencia a los Estados Unidos para sus propias inversiones en irrigación e hidroelectricidad en la década de 1960. [81] Si bien el progreso se estancó debido al golpe de Estado de 1974 y tras 17 años de guerra civil etíope, Etiopía comenzó la construcción de la Gran Presa del Renacimiento Etíope en 2011. [82]
Más allá del Nilo, los proyectos hidroeléctricos cubren los ríos y lagos de África. La central eléctrica de Inga en el río Congo se había discutido desde la colonización belga a fines del siglo XIX y se construyó con éxito después de la independencia. El gobierno de Mobutu no realizó un mantenimiento regular de las plantas y su capacidad disminuyó hasta que la formación en 1995 del Pool Energético de África Meridional creó una red eléctrica multinacional y un programa de mantenimiento de plantas. [83] Los estados con una abundancia de energía hidroeléctrica, como la República Democrática del Congo y Ghana , con frecuencia venden el exceso de energía a los países vecinos. [84] Los actores extranjeros, como las compañías hidroeléctricas chinas, han propuesto una cantidad significativa de nuevos proyectos hidroeléctricos en África, [85] y ya han financiado y consultado sobre muchos otros en países como Mozambique y Ghana. [84]
La energía hidroeléctrica en pequeña escala también desempeñó un papel importante en la electrificación de África a principios del siglo XX. En Sudáfrica, pequeñas turbinas alimentaron minas de oro y el primer ferrocarril eléctrico en la década de 1890, y los agricultores de Zimbabwe instalaron pequeñas centrales hidroeléctricas en la década de 1930. Si bien el interés disminuyó a medida que las redes nacionales mejoraron en la segunda mitad del siglo, los gobiernos nacionales del siglo XXI en países como Sudáfrica y Mozambique, así como las ONG que prestan servicios a países como Zimbabwe, han comenzado a volver a explorar la energía hidroeléctrica en pequeña escala para diversificar las fuentes de energía y mejorar la electrificación rural. [86]
A principios del siglo XX, dos factores importantes motivaron la expansión de la energía hidroeléctrica en Europa: en los países del norte de Noruega y Suecia, las altas precipitaciones y las montañas demostraron ser recursos excepcionales para una abundante energía hidroeléctrica, y en el sur, la escasez de carbón empujó a los gobiernos y las empresas de servicios públicos a buscar fuentes de energía alternativas. [87]
En sus inicios, Suiza embalsó los ríos alpinos y el Rin suizo , creando, junto con Italia y Escandinavia , una carrera hidroeléctrica en el sur de Europa. [88] En el valle del Po de Italia , la principal transición del siglo XX no fue la creación de energía hidroeléctrica, sino la transición de la energía mecánica a la energía eléctrica. 12.000 molinos de agua funcionaron en la cuenca del Po en la década de 1890, pero la primera planta hidroeléctrica comercial, terminada en 1898, marcó el fin del reinado mecánico. [89] Estas nuevas plantas de gran tamaño trasladaron la energía de las zonas rurales montañosas a los centros urbanos de la llanura baja. Italia priorizó la electrificación temprana casi nacional, casi en su totalidad a partir de energía hidroeléctrica, lo que impulsó su ascenso como una fuerza dominante europea e imperial. Sin embargo, no lograron alcanzar ningún estándar concluyente para determinar los derechos sobre el agua antes de la Primera Guerra Mundial. [90] [89]
La construcción de represas hidroeléctricas modernas en Alemania se basó en una historia de pequeñas represas que alimentaban minas y molinos que se remonta al siglo XV. Algunas partes de la industria alemana incluso dependían más de las ruedas hidráulicas que del vapor hasta la década de 1870. [91] El gobierno alemán no se propuso construir grandes represas como las represas de Urft , Mohne y Eder de antes de la guerra para expandir la energía hidroeléctrica: principalmente querían reducir las inundaciones y mejorar la navegación. [92] Sin embargo, la energía hidroeléctrica surgió rápidamente como una ventaja adicional para todas estas represas, especialmente en el sur pobre en carbón. Baviera incluso logró una red eléctrica estatal al represar el Walchensee en 1924, inspirada en parte por la pérdida de reservas de carbón después de la Primera Guerra Mundial. [93]
La energía hidroeléctrica se convirtió en un símbolo de orgullo regional y de desagrado para los "barones del carbón" del norte, aunque el norte también sentía un fuerte entusiasmo por la energía hidroeléctrica. [94] La construcción de represas aumentó rápidamente después de la Segunda Guerra Mundial, esta vez con el propósito expreso de aumentar la energía hidroeléctrica. [95] Sin embargo, el conflicto acompañó la construcción de represas y la expansión de la energía hidroeléctrica: los intereses agrarios sufrieron una disminución de la irrigación, los pequeños molinos perdieron el flujo de agua y diferentes grupos de interés lucharon por dónde deberían ubicarse las represas, controlando quién se beneficiaba y cuyas casas ahogaban. [96]
En términos generales, la altura hidráulica es una forma de representar la energía de un fluido almacenado (en este caso, el agua) por unidad de peso.
Este es también el período en el que los molinos de agua comenzaron a extenderse fuera del antiguo Imperio. Según Cedrenus (Historiarum compendium), un tal Metrodoro que fue a la India alrededor del año 325 d. C. "construyó molinos de agua y baños, desconocidos entre ellos [los brahmanes] hasta entonces".
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