Energía hidroeléctrica: salto, caudal y el mayor almacén de energía del mundo
La hidroeléctrica es la más antigua de las renovables modernas y sigue siendo la mayor. Es además la única que trae el almacenamiento incorporado en el propio recurso: un embalse es una batería que llenó el clima. Esa segunda propiedad se ha vuelto más valiosa, no menos, a medida que las redes se llenan de fuentes que no pueden programarse.
Salto y caudal
La energía del agua almacenada es energía potencial gravitatoria: masa por gravedad por altura. Convertirla en potencia significa multiplicarla por el ritmo al que el agua desciende. Todo en un aprovechamiento hidroeléctrico se deriva de esas dos variables -salto y caudal- y se compensan entre sí.
Un aprovechamiento de salto alto deja caer el agua cientos de metros por una tubería hasta una turbina situada abajo. El caudal puede ser modesto porque cada metro cúbico transporta mucha energía. Noruega y los Alpes están construidos así. Un aprovechamiento de salto bajo hace pasar un caudal enorme por un desnivel pequeño, que es lo que hace una gran presa fluvial: la de las Tres Gargantas trabaja con unos 80 metros de salto y un río que lo sostiene.
El diseño de turbina se deriva de ahí. Las ruedas Pelton, en esencia cucharas golpeadas por un chorro, convienen al salto alto y caudal bajo. Las turbinas Francis, donde el agua describe una espiral hacia el interior a través de álabes directrices, cubren el amplio término medio y son el tipo más común del mundo. Las Kaplan recuerdan a hélices de barco con palas orientables y resuelven el salto bajo con caudal alto.
El rendimiento de esta conversión es notable. Las turbinas modernas superan el 90 por ciento y las instalaciones grandes llegan al 95. No interviene el calor, así que no se aplica ninguno de los límites térmicos que acotan a una central de combustión o nuclear. El agua entra con energía, el rodete gira y casi todo sale como electricidad.
Tres tipos de aprovechamiento
La hidroeléctrica de embalse represa un río y almacena agua tras el muro. Es la forma que proporciona potencia gestionable: el operador decide cuándo generar, y un embalse grande puede guardar meses de energía. Esa controlabilidad explica que la hidroeléctrica se haya usado históricamente para seguir la demanda y no simplemente para cubrir la base.
Los aprovechamientos fluyentes desvían parte del caudal del río por las turbinas y lo devuelven aguas abajo sin almacenamiento significativo. Su huella ambiental y social es mucho menor, ya que inundan poca o ninguna superficie, pero generan lo que el río da en ese momento, lo que los hace estacionales en lugar de gestionables.
El bombeo invierte la idea entera. Dos embalses a distinta altura se conectan por un túnel y una bomba-turbina reversible. Cuando la electricidad es barata o abundante, la máquina bombea agua hacia arriba; cuando escasea, el agua baja y genera. Consume más energía de la que devuelve -el rendimiento del ciclo es del 70 al 85 por ciento- y no es en absoluto un generador, sino un almacén.
Conviene mantener clara esa distinción. Una central de bombeo no produce energía neta. Mueve energía en el tiempo, y en una red llena de eólica y solar dependientes del clima ese es un servicio que merece pagarse por sí mismo.
La batería del mundo
La escala del bombeo se subestima habitualmente porque es antigua, silenciosa y poco vistosa. En el mundo representa más del 90 por ciento de toda la electricidad almacenada a escala de red, con una potencia instalada en torno a 180 gigavatios y una capacidad energética de centenares de gigavatios-hora. Todas las baterías de ion de litio de escala de red del planeta juntas guardan una fracción pequeña de eso.
La física no tiene glamour, y ese es justamente el punto: el medio de almacenamiento es agua y el recipiente es un valle. El coste por unidad de energía almacenada es muy bajo una vez que el emplazamiento existe, y el equipo dura entre 50 y 100 años, mientras que una batería se sustituye normalmente antes de los 15.
La limitación vuelve a ser geográfica. Un aprovechamiento por bombeo necesita dos embalses de tamaño apreciable con un desnivel sustancial, razonablemente próximos, en un lugar donde la construcción sea aceptable. Esos emplazamientos no están repartidos de forma uniforme y los mejores de Europa y Norteamérica están en gran parte usados. Se exploran diseños de circuito cerrado sin conexión a un río y propuestas que aprovechan minas abandonadas para ampliar las opciones.
Ese papel en la red lo comparte la hidroeléctrica con cualquier fuente capaz de entregar a demanda y no según el clima, que es el eje por el que suelen compararse las tecnologías de almacenamiento.
Límites, impactos y lo que queda por construir
Las grandes presas son los proyectos renovables de mayores consecuencias jamás construidos, en ambos sentidos. Aportan control de crecidas, riego y navegación además de energía, y han desplazado a decenas de millones de personas en el último siglo. Solo el proyecto de las Tres Gargantas reubicó a cerca de 1,3 millones.
Ecológicamente, una presa convierte un río en una sucesión de lagos. Los peces migratorios quedan bloqueados salvo que existan y se usen escalas, los sedimentos que habrían llegado a un delta se acumulan tras el muro, y el régimen de caudales aguas abajo cambia de forma permanente. Los embalses en regiones tropicales pueden emitir metano en cantidad apreciable por la descomposición de la vegetación inundada, lo que reduce la ventaja climática en casos concretos.
La hidroeléctrica está además expuesta al clima de un modo en que otras renovables no lo están. La sequía reduce la producción directamente, y en varios años recientes la generación hidroeléctrica cayó con fuerza en Europa, China y América Latina, en cada caso cuando más falta hacía la electricidad.
El potencial restante está repartido de forma desigual. Europa y Norteamérica han desarrollado la mayoría de sus emplazamientos económicamente viables. África ha construido una fracción pequeña de su potencial técnico, y partes del sur de Asia y de los Andes conservan capacidad considerable. Entretanto, en los mercados maduros buena parte de la inversión va ya a rehabilitar centrales existentes, donde añadir rendimiento de turbina a una presa centenaria suele ser la generación nueva más barata disponible.
Preguntas frecuentes
¿Por qué es tan eficiente la hidroeléctrica?
Porque convierte energía mecánica directamente en rotación mecánica, sin etapa de calor. No se aplican los límites térmicos que acotan a las centrales de combustión y nucleares en torno al 33-45 por ciento. El agua es además densa y prácticamente incompresible, así que transfiere energía al rodete con muy poca pérdida. Las máquinas grandes superan el 90 por ciento.
¿Es el bombeo una fuente de energía?
No, es un almacén. Consume más electricidad bombeando agua hacia arriba de la que devuelve cuando el agua baja, con un rendimiento de ciclo del 70 al 85 por ciento. Su valor está en trasladar energía de los momentos de excedente a los de escasez, un servicio distinto de la generación.
¿Cuánta electricidad mundial procede de la hidroeléctrica?
Alrededor del 15 por ciento, más que todas las demás fuentes renovables juntas y cerca de la mitad de la generación renovable. Es la mayor fuente renovable por producción y lo ha sido durante toda la historia de las redes eléctricas.
¿Qué diferencia hay entre embalse y fluyente?
Un aprovechamiento de embalse almacena agua tras una presa y puede generar a demanda, lo que lo hace gestionable. Uno fluyente usa el caudal según llega, con poco o ningún almacenamiento, de modo que su producción sigue al río y a la estación. El fluyente inunda mucha menos superficie pero renuncia al control.
¿Emiten gases de efecto invernadero los embalses?
Algunos sí. La vegetación inundada al llenarse un embalse se descompone y puede liberar metano, efecto más acusado en embalses tropicales cálidos y poco profundos. Las emisiones de ciclo de vida de la hidroeléctrica siguen siendo bajas de media y comparables a las de la eólica, pero el rango entre proyectos concretos es amplio.
