Què és l'energia hidràulica?
Comprendre com l'energia hidràulica transforma l'energia de l'aigua en electricitat, els seus avantatges i inconvenients
Imatge: Presa d'Itaipú, Paraguai/Brasil per l'Associació Internacional d'Hidroenergia (IHA) té llicència CC BY 2.0
Què és l'energia hidràulica (hidroelèctrica)?
L'energia hidroelèctrica és l'aprofitament de l'energia cinètica continguda en el flux de les masses d'aigua. L'energia cinètica afavoreix la rotació de les pales de la turbina que conformen el sistema de la central hidroelèctrica, per ser posteriorment transformada en energia elèctrica pel generador del sistema.
Què és una central hidroelèctrica (o central hidroelèctrica)?
Una central hidroelèctrica és un conjunt d'obres i equips utilitzats per produir electricitat a partir de l'aprofitament del potencial hidràulic d'un riu. El potencial hidràulic ve donat pel cabal hidràulic i la concentració del desnivell existent al llarg del curs del riu. Els buits poden ser naturals (cascades) o construïts en forma de preses o mitjançant el desviament del riu des del seu llit natural fins a la formació d'embassaments. Hi ha dos tipus d'embassaments: els embassaments d'acumulació i els de corrent. Les acumulacions solen formar-se a la capçalera dels rius, en llocs on hi ha salts d'aigua elevats i consisteixen en grans embassaments amb una gran acumulació d'aigua. Els embassaments de corrent del riu aprofiten la velocitat de l'aigua del riu per generar electricitat, generant així una acumulació d'aigua mínima o nul·la.
Les plantes, al seu torn, es classifiquen d'acord amb els següents factors: alçada de la cascada, cabal, capacitat o potència instal·lada, tipus de turbina utilitzada en el sistema, presa i embassament. El lloc de construcció dóna l'alçada de la caiguda i el cabal, i aquests dos factors determinen la capacitat o potència instal·lada d'una central hidroelèctrica. La capacitat instal·lada determina el tipus de turbina, presa i embassament.
Segons un informe de l'Agència Nacional d'Energia Elèctrica (Aneel), el Centre Nacional de Referència per a Petites Centrals Hidroelèctriques (Cerpch, de la Universitat Federal d'Itajubá – Unifei) defineix l'alçada de la cascada com a baixa (fins a 15 metres), mitjana. (15 a 150 metres) i alt (més de 150 metres). Tanmateix, aquestes mesures no són consensuades. La mida de la central també determina la mida de la xarxa de distribució que portarà l'electricitat generada als consumidors. Com més gran sigui la planta, més tendeix a allunyar-se dels nuclis urbans. Això requereix la construcció de grans línies de transmissió que sovint travessen estats i provoquen pèrdues energètiques.
Com funciona una central hidroelèctrica?
Per a la producció d'energia hidroelèctrica cal comptar amb la integració del cabal del riu, el desnivell del terreny (natural o no) i la quantitat d'aigua disponible.
El sistema d'una central hidroelèctrica està format per:
Presa
L'objectiu de la presa és interrompre el cicle natural del riu, creant un dipòsit d'aigua. L'embassament té altres funcions a més d'emmagatzemar l'aigua, com ara crear un buit d'aigua, captar aigua en un volum adequat per a la producció d'energia i regular el cabal dels rius en períodes de pluja i sequera.
Sistema de recollida d'aigua (aducció).
Compost per túnels, canals i conductes metàl·liques que porten aigua a la central elèctrica.
Potència
En aquesta part del sistema hi ha les turbines connectades a un generador. El moviment de la turbina converteix l'energia cinètica del moviment de l'aigua en energia elèctrica mitjançant generadors.
Hi ha diversos tipus de turbines, sent pelton, kaplan, francis i bulb les principals. La turbina més adequada per a cada central hidroelèctrica depèn de la cabal i el cabal. Un exemple: el bulb s'utilitza en plantes de corrent ja que no requereix l'existència d'embassaments i està indicat per a baixes caigudes i cabals elevats.
canal d'escapament
Després de passar per les turbines, l'aigua es retorna al llit natural del riu a través del canal.
El canal d'escapament es troba entre la central i el riu i la seva dimensió depèn de la mida de la central i del riu.
Surtidor
L'abocador permet la sortida d'aigua sempre que el nivell de l'embassament superi els límits recomanats. Això passa normalment en períodes de pluja.
L'abocador s'obre quan la producció d'electricitat es veu afectada perquè el nivell de l'aigua està per sobre del nivell ideal; o per evitar desbordaments i, en conseqüència, inundacions al voltant de la planta, cosa que és probable que passi en èpoques molt plujoses.
Impactes socials i ambientals provocats per la implantació de centrals hidroelèctriques
La primera central hidroelèctrica es va construir a finals del segle XIX en un tram de les cascades del Niàgara, entre els Estats Units i el Canadà, quan el carbó era el combustible principal i el petroli encara no s'utilitzava molt. Abans d'això, l'energia hidràulica només s'utilitzava com a energia mecànica.
Tot i que l'energia hidroelèctrica és una font d'energia renovable, l'informe Aneel assenyala que la seva participació a la matriu elèctrica mundial és reduïda i cada cop és més petita. El desinterès creixent seria conseqüència de les externalitats negatives derivades de la posada en marxa de projectes d'aquesta envergadura.
Un impacte negatiu de la implantació de grans projectes hidroelèctrics és el canvi en la forma de vida de les poblacions que resideixen a la regió, o a l'entorn de la ubicació, on s'implantarà la central. També és important destacar que aquestes comunitats són sovint grups humans identificats com a poblacions tradicionals (pobles indígenes, quilombolas, comunitats riberes amazòniques i altres), la supervivència dels quals depèn de l'ús dels recursos del lloc on viuen, i que tenen vincles. amb el territori d'ordre cultural.
L'energia hidroelèctrica és neta?
Tot i ser considerada per molts com una font d'energia "neta" perquè no està associada a la combustió de combustibles fòssils, la generació d'energia hidroelèctrica contribueix a l'emissió de diòxid de carboni i metà, dos gasos que poden causar l'escalfament global.
L'emissió de diòxid de carboni (CO2) es deu a la descomposició dels arbres que romanen per sobre del nivell de l'aigua dels embassaments, i l'alliberament de metà (CH4) es produeix per la descomposició de la matèria orgànica present al fons de l'embassament. A mesura que augmenta la columna d'aigua, també augmenta la concentració de metà (CH4). Quan l'aigua arriba a les turbines de la planta, la diferència de pressió fa que el metà s'alliberi a l'atmosfera. També s'allibera metà al trajecte de l'aigua a través de l'abocador de la planta, quan, a més del canvi de pressió i temperatura, l'aigua s'aboca en gotes.
El CO2 s'allibera per la descomposició dels arbres morts sobre l'aigua. A diferència del metà, només una part del CO2 emès es considera impactant, ja que una gran part del CO2 es cancel·la a través de les absorcions que es produeixen a l'embassament. Com que el metà no s'incorpora als processos de fotosíntesi (tot i que es pot transformar lentament en diòxid de carboni) es considera que té un major impacte en l'efecte hivernacle, en aquest cas.
El Projecte Balcar (Emissions de gasos d'efecte hivernacle dels embassaments de les centrals hidroelèctriques) neix per investigar la contribució dels embassaments artificials a la intensificació de l'efecte hivernacle mitjançant l'emissió de diòxid de carboni i metà. Els primers estudis del projecte es van fer a la dècada dels noranta, en embassaments de la regió amazònica: Balbina, Tucuruí i Samuel. La regió amazònica es va centrar en l'estudi perquè es caracteritza per una coberta vegetal massiva i, per tant, un major potencial d'emissió de gasos per descomposició de la matèria orgànica. Més tard, a finals dels anys 90, el projecte també incloïa Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo i Barra Bonita.
Segons l'article que el doctor Philip M. Fearnside, de l'Amazon Research Institute, va publicar sobre les emissions de gasos a la planta de Tucuruí, l'any 1990, les emissions de gasos d'efecte hivernacle (CO2 i CH4) de la planta van variar entre 7 i 10 milions de tones aquell any. . L'autor fa una comparació amb la ciutat de São Paulo, que va emetre 53 milions de tones de CO2 de combustibles fòssils el mateix any. És a dir, només Tucuruí seria responsable d'emetre l'equivalent del 13% al 18% de l'emissió de gasos d'efecte hivernacle a la ciutat de São Paulo, un valor important per a una font d'energia considerada durant molt de temps com a "sense emissions". . Es creia que, amb el temps, la matèria orgànica patiria una descomposició completa i, com a conseqüència, ja no emetria aquests gasos. Tanmateix, estudis del grup Balcar han demostrat que el procés de producció de gas s'alimenta de l'arribada de nous materials orgànics aportats pels rius i la pluja.
Pèrdua d'espècies vegetals i animals
Sobretot a la regió amazònica, que té una gran biodiversitat, hi ha la mort inevitable d'organismes de flora al lloc on es forma l'embassament. Pel que fa als animals, encara que es faci una planificació acurada per intentar eliminar els organismes, no es pot garantir que tots els organismes que formen l'ecosistema es salvaran. A més, l'embassament imposa canvis en els hàbitats circumdants.
pèrdua de sòl
El sòl de la zona inundada necessàriament es tornarà inutilitzable per a altres finalitats. Això esdevé un tema central, especialment a les regions predominantment planes, com la pròpia regió amazònica. Atès que la potència de la central ve donada per la relació entre el cabal del riu i el desnivell del terreny, si el terreny té un desnivell baix, s'ha d'emmagatzemar una major quantitat d'aigua, la qual cosa implica una àmplia zona d'embassament.
Canvis en la geometria hidràulica del riu
Els rius tendeixen a tenir un equilibri dinàmic entre el cabal, la velocitat mitjana de l'aigua, la càrrega de sediments i la morfologia del llit. La construcció d'embassaments afecta aquest equilibri i, en conseqüència, provoca canvis d'ordre hidrològic i sedimentari, no només a l'emplaçament, sinó també a l'entorn i al llit sota l'embassament.
Capacitat nominal x quantitat real produïda
Una altra qüestió a plantejar és que hi ha una diferència entre la capacitat nominal instal·lada i la quantitat real d'electricitat produïda per la central. La quantitat d'energia produïda depèn del cabal del riu.
Per tant, és inútil instal·lar un sistema amb potencial per produir més energia de la que pot aportar el cabal del riu, com va passar en el cas de la central hidroelèctrica de Balbina, instal·lada al riu Uatumã.
Potència ferma de la planta
Un altre punt important a tenir en compte és el concepte de potència ferma de la planta. Segons Aneel, la potència ferma de la central és la màxima producció d'energia contínua que es podria obtenir, a partir de la seqüència més seca registrada en el cabal històric del riu on està instal·lada. Aquesta qüestió tendeix a ser cada cop més central davant els períodes de sequera cada cop més freqüents i greus.
Energia hidroelèctrica al Brasil
Brasil és el país amb més potencial hidroelèctric del món. Així, el 70% es concentra a les conques Amazones i Tocantins/Araguaia. La primera central hidroelèctrica brasilera a gran escala que es va construir va ser Paulo Afonso I, l'any 1949, a Bahia, amb una potència equivalent a 180 MW. Actualment, Paulo Afonso I forma part del complex hidroelèctric Paulo Afonso, format per un total de quatre centrals.
balbina
La central hidroelèctrica de Balbina es va construir al riu Uatumã, a Amazones. Balbina es va construir per cobrir la demanda d'energia de Manaus. La previsió era la instal·lació de 250 MW de capacitat, a través de cinc generadors, amb potències de 50 MW cadascun. No obstant això, el cabal del riu Uatumã proporciona una producció energètica mitjana anual molt inferior, una mica al voltant dels 112,2 MW, dels quals només 64 MW es poden considerar com a potència ferma. Tenint en compte que hi ha una pèrdua aproximada del 2,5% durant la transmissió d'electricitat de la central al centre de consum, només 109,4 MW (62,4 MW de potència ferma). Valor molt inferior a la potència nominal de 250 MW.
Itaipú
La central hidroelèctrica d'Itaipu és considerada la segona central més gran del món, amb 14.000 MW de potència instal·lada, i és la segona només per darrere de Três Gorges, a la Xina, amb 18.200 MW. Construïda al riu Paraná i situada a la frontera entre Brasil i Paraguai, és una planta binacional, ja que pertany als dos països. L'energia generada per Itaipú que subministra Brasil correspon a la meitat de la seva potència total (7.000 MW) que equival al 16,8% de l'energia consumida al Brasil, i l'altra meitat de la potència és utilitzada pel Paraguai i correspon al 75% de l'energia paraguaiana. consum d'energia.
Tucuruí
La central de Tucuruí es va construir al riu Tocantins, al Pará, i té una potència instal·lada equivalent a 8.370 MW.
Belo Monte
La central hidroelèctrica de Belo Monte, situada al municipi d'Altamira, al sud-oest de Pará i inaugurada per la presidenta Dilma Roussef, es va construir al riu Xingu. La central és la central hidroelèctrica més gran 100% nacional i la tercera més gran del món. Amb una potència instal·lada d'11.233,1 Megawatts (MW). Això significa càrrega suficient per atendre 60 milions de persones en 17 estats, la qual cosa representa al voltant del 40% del consum residencial a tot el país.La capacitat de producció instal·lada equivalent és d'11 mil MW, és a dir, la planta més gran en termes de capacitat instal·lada del país. , substituint la planta de Tucuruí com la planta 100% nacional més gran. Belo Monte també és la tercera central hidroelèctrica més gran del món, darrere de Três Gargantas i Itaipu, respectivament.
Molts temes giren al voltant de la construcció de la central elèctrica de Belo Monte. Tot i tenir una potència instal·lada d'11.000 MW, segons el Ministeri de Medi Ambient, la potència ferma de la central correspon a 4.500 MW, és a dir, només el 40% de la potència total. Com que està construït en una regió amazònica, Belo Monte té el potencial d'emetre grans concentracions de metà i diòxid de carboni. Tot això sense comptar el gran impacte en la vida de les poblacions tradicionals i el gran impacte en la fauna i la flora. Un altre factor és que la seva construcció beneficia sobretot a les empreses, no a la població. Aproximadament el 80% de l'electricitat es destina a empreses del centre-sud del país.
Aplicabilitat
Malgrat els impactes socials i ambientals negatius esmentats, l'energia hidroelèctrica té avantatges en comparació amb les fonts d'energia no renovables com els combustibles fòssils. Tot i contribuir a l'emissió de metà i diòxid de sofre, les centrals hidroelèctriques no emeten ni alliberen altres tipus de gasos tòxics, com els exhalats per les centrals termoelèctriques, molt nocius per al medi ambient i la salut humana.
No obstant això, són més evidents els inconvenients de les centrals hidroelèctriques respecte d'altres fonts d'energia renovables com la solar i l'eòlica, que han reduït els impactes ambientals en comparació amb els impactes provocats per les hidroelèctriques. El problema segueix sent la viabilitat de les noves tecnologies. Una alternativa per reduir els impactes relacionats amb la producció d'energia hidroelèctrica és la construcció de petites centrals hidroelèctriques, que no requereixen la construcció de grans embassaments.
- Què és l'energia solar, avantatges i inconvenients
- Què és l'energia eòlica?
A més, les preses tenen una vida útil d'uns 30 anys, fet que posa en dubte la seva viabilitat a llarg termini.
L'estudi "Sustainable Hydropower in the 21st Century", realitzat per la Michigan State University, crida l'atenció sobre el fet que les grans preses hidroelèctriques podrien convertir-se en una font d'energia encara menys sostenible davant el canvi climàtic.
Cal tenir en compte els costos reals de l'energia hidroelèctrica, no només els costos econòmics i d'infraestructures, sinó també els costos socials, ambientals i culturals.
