Principios fundamentales de la hidroelectricidad
El hombre ha sabido desde muy temprano utilizar la fuerza del agua para obtener primero una energía mecánica y después una energía eléctrica. Al integrarse en el ciclo natural del agua, una instalación hidroeléctrica produce una energía sostenible y renovable, armonizando las competencias humanas con las fuerzas de la Naturaleza. Transforma la energía gravitatoria de los lagos, ríos y mareas, en electricidad.
Estas instalaciones generalmente consisten en una estructura que permite dirigir el agua hacia una planta de producción o almacenarla. El agua pone en movimiento una turbina asociada a un alternador. Este último transforma la energía cinética de la rotación en energía eléctrica, que será evacuada a la red. La potencia eléctrica es proporcional a la altura de caída y al caudal turbinado. Una instalación hidroeléctrica no consume agua y cada gota se devuelve al río aguas abajo sin alteración.
Entender la hidroelectricidad en cuatro etapas
Se trata de transformar la energía potencial del agua en energía mecánica y luego en energía eléctrica gracias al grupo turbina/alternador.
Un metro cúbico de agua a una altitud de 100 m de altura posee una energía potencial de 0,2725 kWh ⇒ con la hidroelectricidad, se recuperará aproximadamente el 80%, es decir, 0,218 kWh.
10 metros cúbicos de agua a una altitud de 1000 m de altura poseen una energía potencial de 27,25 kWh ⇒ con la hidroelectricidad, se recuperará aproximadamente el 80%, es decir, 21,80 kWh.
Una producción de 1MWh (1 “megawatiohora”) es 1 MW de potencia funcionando durante una hora (y no 1MW “por” hora).
10 MW de potencia que funcionan durante 10 horas = una producción de 100 MWh.
100,000 kW = 100 MW = 0.1 GW = 0.0001 TW.
Un hogar francés promedio consume 390 kWh por mes, lo que equivale a 4,6 MWh por año. (Engie)
1 GWh es el consumo promedio de 217 hogares durante un año.
1 TWh es el consumo promedio de 217,000 hogares durante un año.
Un cálculo sencillo que varía en cada país según el consumo de los hogares.
En 2021, la producción mundial de hidroelectricidad fue de 4,273.8 TWh (15.1% de la electricidad mundial), principalmente en China, Canadá, Brasil y Estados Unidos.
En Francia, se produjeron 62.5 TWh en 2021, lo que representa el 12% de la producción eléctrica francesa.
En Vietnam, se produjeron 96 TWh en 2022, lo que representa el 37% de la producción eléctrica del país.
A fines de 2020, Chile contaba con 7 GW de potencia instalada, lo que representa el 23% de la capacidad de producción del país.
Madagascar dispone de una potencia instalada de aproximadamente 200 MW en la isla, con un potencial estimado en 7800 MW.
En Costa Rica, el mix energético del país proviene en un 99.99% de energías renovables, de las cuales el 80 % es hidroelectricidad.
Diferentes tipos de centrales
Se encuentran dos grandes familias de instalaciones hidroeléctricas.
Las centrales “de paso”
Las centrales de paso turbinan una parte del caudal de agua presente en el río, sin posibilidad de almacenamiento. Generalmente, se establece un caudal reservado que no puede ser turbinado y que permite preservar la continuidad ecológica de los cursos de agua.
Estas instalaciones mantienen un nivel de regulación y producen energía de manera continua, según los caudales de los ríos. Toda el agua extraída se devuelve inmediatamente al río. Predecibles pero no gestionables, proporcionan electricidad base.
Al observar la diferencia de altitud entre la toma de agua aguas arriba y la salida de la central aguas abajo, se distinguen las centrales de salto bajo (caída de agua baja) y las centrales de salto medio y alto (caída de agua media y baja).
Las centrales de lago y las centrales de embalse
Las centrales de lago y las centrales de embalse con desagüe controlado ofrecen una capacidad de almacenamiento de agua para ajustar la producción de electricidad según la demanda, con una flexibilidad notable durante los picos de consumo. Las centrales de embalse con desagüe controlado modulan su producción de manera diaria o semanal gracias a ciclos de llenado inferiores a 400 horas, mientras que las centrales de lago se ajustan sobre periodos estacionales o anuales.
Estas instalaciones son esenciales para equilibrar y estabilizar la red eléctrica, ofreciendo una respuesta adaptada a las variaciones de demanda gracias a su capacidad para ser puestas en marcha rápidamente. Su capacidad de control mejora la gestión de la red al permitir una planificación flexible y eficaz del uso de los recursos energéticos, reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles.
