Las pequeñas centrales hidroeléctricas son el desarrollo de energía hidroeléctrica a una escala adecuada para la comunidad y la industria locales, o para contribuir a la generación distribuida en una red eléctrica regional. [1] Las definiciones exactas varían, pero un proyecto de "pequeña central hidroeléctrica" tiene menos de 50 megavatios (MW) y puede subdividirse por escala en "mini" (<1MW), " micro " (<100 kW) y " pico ". " (<10 kilovatios). Por el contrario, muchos proyectos hidroeléctricos son de enorme tamaño, como la central generadora de la presa de las Tres Gargantas con 22.500 megavatios o los múltiples proyectos de la Tennessee Valley Authority .
Se pueden construir pequeños proyectos hidroeléctricos en áreas aisladas cuyo servicio desde una red eléctrica nacional no sería rentable, o en áreas donde no existe una red nacional. Al no requerir grandes represas ni grandes capacidades de almacenamiento de agua, los pequeños proyectos hidroeléctricos son relativamente benignos para el medio ambiente. [2] Esto hace que los pequeños proyectos hidroeléctricos sean un compromiso atractivo para los activistas, ambientalistas e inversores de las energías renovables.
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 normalmente no se establece un límite mínimo, la Asociación Nacional de Energía Hidroeléctrica de EE. UU. especifica un límite mínimo de 5 MW. [3] En California , las centrales hidroeléctricas con una capacidad máxima inferior a 30 MW se clasifican como pequeñas y son elegibles para su inclusión en el estándar de cartera de energías renovables del estado , mientras que las centrales hidroeléctricas con una capacidad mayor se clasifican como grandes y no considerado renovable. [4] La descripción de "pequeña central hidroeléctrica" puede extenderse hasta 50 MW en los Estados Unidos, Canadá y China. [5] En la India, los proyectos hidroeléctricos de hasta 25 MW de capacidad de estación se han clasificado como proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas (SHP). [6]
La pequeña hidroeléctrica se puede subdividir en minihidráulica, generalmente definida como de 100 a 1000 kilovatios (kW), y microhidráulica , que es de 5 a 100 kW. La microhidráulica suele ser la aplicación de energía hidroeléctrica dimensionada para comunidades más pequeñas, familias unifamiliares o pequeñas empresas. Las instalaciones más pequeñas son las pico hidráulicas , por debajo de los 5 kW.
Dado que los proyectos hidroeléctricos pequeños suelen tener trabajos de construcción civil correspondientemente pequeños y poco o ningún embalse, se considera que tienen un impacto ambiental relativamente bajo en comparación con los grandes proyectos hidroeléctricos. [7]
Una característica definitoria adicional de las pequeñas centrales hidroeléctricas se conoce como de pasada , o el hecho de que el impacto físico del proyecto es relativamente minúsculo en comparación con las grandes represas hidroeléctricas que requieren un lago de almacenamiento de agua. Detrás del proyecto se almacena poca agua, si es que se almacena, y el río normalmente puede seguir fluyendo. [8]
Según un informe de REN21, durante 2008 las instalaciones de pequeñas centrales hidroeléctricas crecieron un 28% con respecto al año 2005, elevando la capacidad total mundial de pequeñas centrales hidroeléctricas a 85 gigavatios (GW). Más del 70% de esto se produjo 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 necesaria ]
China planeaba electrificar otras 10.000 aldeas entre 2005 y 2010 en el marco de su Programa de Electrificación de Aldeas de China , incluidas nuevas inversiones en pequeñas centrales hidroeléctricas y energía fotovoltaica . [9] En 2010, China tenía 45.000 pequeñas instalaciones hidroeléctricas, especialmente en zonas rurales, que producían 160 Twh al año. [10] Más del 50% del potencial de las pequeñas centrales hidroeléctricas del mundo se encontró en Asia; sin embargo, el informe señala que "es posible que en el futuro se identifiquen más potenciales de pequeñas centrales hidroeléctricas tanto en el continente africano como en el americano". [11] [12] [13]
En las montañas y bosques tropicales de la Columbia Británica , Canadá, hay muchos 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 presas. 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 dramáticamente, pero las presas convencionales más antiguas retienen o liberan agua para promediar la producción durante todo el año. En 2014, estos productores independientes generaron 18.000 GWh con 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 aumentó la necesidad de generación de energía, los pequeños proyectos hidroeléctricos fueron eliminados en favor de represas de gran escala que utilizan turbinas de nuevo diseño. [dieciséis]
La doctrina ambiental posterior al siglo XX se está alejando de la construcción de energía hidroeléctrica 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 alteran las especies que dependen del flujo constante de los ríos. [16] Ejemplos de proyectos anteriores que buscaban eliminar represas incluyen el movimiento de Restauración del Río Elwha y Un-Dam del Río Klamath.
Desde la década de 1960, el número de nuevos proyectos hidroeléctricos pequeños ha disminuido a pesar de que la capacidad supera con creces el uso actual. A pesar de esta tendencia, algunos países, incluidos China, India y Brasil, están ampliando significativamente su capacidad de pequeñas centrales hidroeléctricas en el siglo XXI. [dieciséis]
La energía hidroeléctrica es la generación de energía eléctrica a partir del movimiento del agua. Una instalación hidroeléctrica requiere un flujo de agua confiable y una altura razonable para que caiga el agua, llamada altura . En una instalación típica, el agua se alimenta 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 pequeñas centrales hidroeléctricas pueden desarrollarse mediante la construcción de nuevas instalaciones o mediante la reurbanización de presas existentes cuyo propósito principal sea el control de inundaciones o el riego. Los sitios hidroeléctricos antiguos pueden reconstruirse, a veces salvando 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 el retorno de la inversión de un sitio hidroeléctrico pequeño valga la pena en comparación con 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 del mundo con mayor capacidad hidroeléctrica instalada con 79 GW, detrás de Estados Unidos con 100 GW y China en primer lugar con 171 GW. [17] Hasta 2024, se están construyendo en Brasil 51 nuevos pequeños proyectos hidroeléctricos.
Muchas empresas ofrecen paquetes de generadores de turbinas estandarizados en el rango de tamaño aproximado de 200 kW a 10 MW. Estos paquetes "water to wire" simplifican la planificación y el desarrollo del sitio, ya que un solo 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 múltiples unidades, se reduce el costo de dichos sistemas de paquetes. Si bien a menudo se utilizan generadores síncronos capaces de operar plantas aisladas, las pequeñas plantas hidroeléctricas conectadas a un sistema de red eléctrica pueden usar generadores de inducción económicos para reducir aún más el costo de instalación y simplificar el control y la operación.
Los proyectos pequeños de "paso del río" no tienen una presa convencional con embalse, sólo una presa para formar un estanque de cabecera para desviar el agua de entrada a la turbina. El agua no utilizada simplemente fluye sobre la presa y el estanque de cabecera sólo puede almacenarse durante un día, lo que no es suficiente para veranos secos o inviernos helados, cuando la generación puede detenerse. Un escenario preferido es tener la entrada en un lago existente.
Se han desarrollado sistemas modulares “micro hidrocinéticos” para canales de riego . [18] " Los distritos de riego en los EE. UU. han instalado plantas de energía en puntos de desvío y caídas dentro del canal, que se utilizan tradicionalmente para medir el flujo, estabilizar los cabezales aguas arriba y disipar energía donde hay cambios de elevación significativos 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 tener una presa y un embalse para un proyecto pequeño.
Los proyectos hidroeléctricos pequeños suelen tener procedimientos ambientales y de concesión de licencias más rápidos, y como los equipos suelen estar en producción en serie, estandarizados y simplificados, y la construcción de obras civiles también es reducida, los proyectos pueden desarrollarse muy rápidamente. El tamaño físicamente más pequeño del equipo facilita el transporte a áreas remotas sin un buen acceso por carretera o ferrocarril.
Una medida de la disminución del impacto ambiental de los lagos y embalses depende del equilibrio entre el flujo de los arroyos y la producción de energía. Reducir los desvíos de agua ayuda al ecosistema del río, pero reduce el retorno de la inversión (ROI) del sistema hidroeléctrico. El diseño del sistema hidroeléctrico debe lograr un equilibrio para mantener tanto la salud del arroyo como la economía.
Parte del equilibrio entre el retorno de la inversión de un pequeño proyecto hidroeléctrico y la preocupación ambiental es la proximidad del proyecto a la red eléctrica nacional. Cuanto más aislado esté un pequeño proyecto hidroeléctrico, 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 desconectados de las redes eléctricas centralizadas.
En las zonas rurales o aisladas, cuya conexión a las redes eléctricas nacionales es costosa, es donde se realizan la mayoría de los pequeños proyectos hidroeléctricos. Por ejemplo, las zonas rurales de la India u otros países que tienen regímenes de agua corriente utilizan pequeñas centrales hidroeléctricas para proporcionar una fuente renovable de energía sin conexión a la red nacional. [21] Además, en las comunidades que están geográficamente aisladas de las redes eléctricas nacionales, los pequeños proyectos hidroeléctricos proporcionan la mayor reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. [22]
Para los inversores, ambientalistas y formuladores de políticas, los pequeños proyectos hidroeléctricos se consideran más viables cuando hay poco impacto ecológico y ganancias proyectadas después de la construcción. [23] Se ha demostrado que es relativamente fácil para las partes interesadas dar luz verde a pequeños proyectos hidroeléctricos si se cumplen estas condiciones, aunque sea en un ligero grado. [23]
Una última ventaja destacada de las pequeñas centrales hidroeléctricas sobre los grandes desarrollos hidroeléctricos 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 confiable y limpia. [24] Los pequeños proyectos hidroeléctricos normalmente no requieren una asistencia gubernamental significativa. Las brechas 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 costos.
Algunas de las desventajas de las pequeñas centrales hidroeléctricas radican en la forma en que se altera el sistema de agua corriente. Dentro de los proyectos de diseño de pasada , el mayor daño para los sistemas hídricos es la alteración del régimen de flujo, la pérdida de cohesión y conectividad de los ríos y la degradación del hábitat que afecta principalmente a los peces y macroinvertebrados. [25]
Aunque el costo de los pequeños proyectos hidroeléctricos es generalmente mucho menor que el de los sistemas hidroeléctricos a gran escala, la construcción tiene un costo. Teniendo esto en cuenta, si un pequeño proyecto hidroeléctrico resulta antieconómico, tendrá un gasto presupuestario enorme en comparación con los grandes proyectos que superan el presupuesto. [26]
África
Asia
Europa
América del norte
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