Hidroelectricidad para niños
La hidroelectricidad es una forma de generar energía eléctrica usando la fuerza del agua en movimiento. En 2015, la energía hidroeléctrica produjo el 16.7% de toda la electricidad del mundo. Se espera que su uso siga creciendo en los próximos 25 años.
Esta energía se produce en 150 países. La región de Asia y el Pacífico generó el 33% de la hidroelectricidad global en 2013. China es el país que más energía hidroeléctrica produce, con 920 teravatios-hora en 2013. Esto cubrió el 16.9% de su consumo eléctrico.
Mantener las centrales hidroeléctricas es bastante económico, lo que las convierte en una fuente de energía renovable muy competitiva. A diferencia de las plantas que usan carbón o gas, una central hidroeléctrica no consume agua. El costo promedio de la electricidad de una central de más de 10 megavatios es de 3 a 5 centavos de dólar por kilovatio-hora.
Tener una presa y un embalse hace que la hidroelectricidad sea una fuente de energía muy flexible. La cantidad de electricidad que se produce se puede ajustar rápidamente para satisfacer la demanda. Una vez construida, una central hidroeléctrica no produce residuos directos y genera muchos menos gases de efecto invernadero que las plantas que queman combustibles fósiles.
Contenido
- ¿Cómo se ha usado la energía del agua a lo largo del tiempo?
- ¿Qué potencial tiene la hidroelectricidad en el futuro?
- ¿Cómo se genera la energía hidroeléctrica?
- ¿Qué tan grandes son las instalaciones hidroeléctricas?
- ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la hidroelectricidad?
- Capacidad hidroeléctrica mundial
- Grandes proyectos en construcción
- Galería de imágenes
- Véase también
¿Cómo se ha usado la energía del agua a lo largo del tiempo?
La energía hidráulica se ha utilizado desde hace mucho tiempo para moler harina y hacer otras tareas. A mediados del siglo XVIII, el ingeniero francés Bernard Forest de Bélidor escribió un libro llamado Architecture Hydraulique, donde explicaba cómo funcionaban las máquinas de agua.
A finales del siglo XIX, se inventó el generador eléctrico. Esto permitió conectar los sistemas de agua a los generadores para producir electricidad. La gran demanda de energía durante la Revolución Industrial también impulsó este desarrollo.
En 1878, William Armstrong creó el primer sistema hidroeléctrico del mundo en Cragside, Inglaterra. Se usó para encender una lámpara en su galería de arte. La primera central eléctrica cerca de las cataratas del Niágara en Estados Unidos empezó a producir electricidad en 1881. La primera central hidroeléctrica de Edison, la planta de Vulcan Street, comenzó a funcionar el 30 de septiembre de 1882 en Appleton, Wisconsin, con una potencia de unos 12.5 kilovatios.
Para 1886, ya había 45 centrales hidroeléctricas en Estados Unidos y Canadá. En 1889, solo en Estados Unidos había 200. En 1891, el ingeniero ruso Mikhail Dolivo-Dobrovolsky diseñó la primera central hidroeléctrica trifásica del mundo en Alemania.

A principios del siglo XX, muchas empresas construyeron pequeñas centrales hidroeléctricas en las montañas cerca de las ciudades. En 1920, el 40% de la energía en Estados Unidos era hidroeléctrica. Se creó la Comisión Federal de Energía para regular estas centrales.
A medida que las centrales crecieron, sus represas también se usaron para controlar inundaciones, regar campos y ayudar a la navegación. El gobierno federal de Estados Unidos apoyó grandes proyectos, creando organizaciones como la Tennessee Valley Authority en 1933 y la Bonneville Power Administration en 1937. También se construyeron grandes proyectos como la Presa Hoover en 1928.
Las centrales hidroeléctricas siguieron creciendo durante el siglo XX. A la energía hidroeléctrica se le llamó "carbón blanco" por su gran poder y abundancia. La Presa Hoover fue la central hidroeléctrica más grande del mundo en 1936, pero fue superada por la Presa Grand Coulee en 1942. La Presa Itaipu en Sudamérica se inauguró en 1984 como la más grande, pero fue superada en 2008 por la Presa de las Tres Gargantas en China.
Hoy en día, la hidroelectricidad abastece a algunos países, como Noruega, República Democrática del Congo, Paraguay y Brasil, con más del 85% de su electricidad. Estados Unidos tiene más de 2000 centrales hidroeléctricas que producen el 6.4% de su electricidad total.
¿Qué potencial tiene la hidroelectricidad en el futuro?
El potencial técnico para el crecimiento de la energía hidroeléctrica es alto en muchas partes del mundo. Por ejemplo, en Europa es del 71%, en América del Norte del 75%, y en África y Oriente Medio del 95%. Sin embargo, debido a factores como las decisiones políticas y los costos, se espera que solo el 25% del potencial restante se desarrolle antes de 2050. La mayor parte de este desarrollo ocurrirá en Asia y el Pacífico. Algunos países, como Suiza y México, ya tienen gran parte de su potencial desarrollado y poco espacio para crecer.
¿Cómo se genera la energía hidroeléctrica?
Presas tradicionales
La mayor parte de la energía hidroeléctrica se obtiene de la energía potencial del agua almacenada en un embalse. Esta agua cae y hace girar una turbina, que a su vez mueve un generador eléctrico. La cantidad de energía que se puede obtener del agua depende de su volumen y de la diferencia de altura entre el embalse y la salida del agua. Esta diferencia de altura se llama cabezal hidráulico. Un tubo grande o compuerta lleva el agua desde el embalse hasta la turbina.
Almacenamiento por bombeo
Este método produce electricidad para los momentos de mayor demanda. Consiste en mover agua entre embalses a diferentes alturas. Cuando hay poca demanda de electricidad, el exceso de energía se usa para bombear agua al embalse más alto. Cuando la demanda aumenta, el agua se libera del embalse superior, pasa por una turbina y regresa al embalse inferior, generando electricidad. Este sistema es una forma importante de almacenar energía a gran escala.
Centrales de pasada
Las centrales hidroeléctricas de pasada tienen un embalse muy pequeño o no tienen. Esto significa que solo pueden usar el agua que fluye del río en ese momento. Si hay un exceso de agua, esta se pierde sin ser utilizada. Un suministro constante de agua de un lago o embalse río arriba es una gran ventaja para este tipo de centrales.
Energía de las mareas
Energía mareomotriz Una central de mareas aprovecha el movimiento diario del agua del mar debido a las mareas. Estas fuentes son muy predecibles. Si las condiciones permiten construir embalses, también se puede generar energía durante los períodos de alta demanda. Este tipo de hidroelectricidad es menos común y utiliza la energía del movimiento del agua. Para que sea viable, la diferencia entre la pleamar y la bajamar debe ser significativa.
¿Qué tan grandes son las instalaciones hidroeléctricas?
Grandes centrales
Las grandes centrales hidroeléctricas son algunas de las instalaciones de energía más grandes del mundo. Algunas pueden generar el doble de electricidad que las centrales nucleares más grandes. Aunque no hay una definición oficial, se considera que una central es grande si produce más de unos pocos cientos de megavatios.
Actualmente, solo cuatro instalaciones en el mundo producen más de 10 GW (10,000 MW).
Puesto | Estación | País | Localización | Capacidad (MW) |
---|---|---|---|---|
1 | Presa de las Tres Gargantas | ![]() |
30°49′15″N 111°00′08″E / 30.82083, 111.00222 | 22 500 |
2 | Presa de Itaipu | ![]() ![]() |
25°24′31″S 54°35′21″O / -25.40861, -54.58917 | 14 000 |
3 | Presa de Xiluodu | ![]() |
28°15′35″N 103°38′58″E / 28.25972, 103.64944 | 13 860 |
4 | Presa de Guri | ![]() |
07°45′59″N 62°59′57″O / 7.76639, -62.99917 | 10 200 |
Pequeñas centrales
Pequeña hidro La pequeña hidroeléctrica genera energía para comunidades o fábricas pequeñas. La definición de "pequeña" varía, pero generalmente se considera hasta 10 megavatios (MW). En algunos países como Canadá y Estados Unidos, puede llegar hasta 25 o 30 MW. La producción de energía hidroeléctrica a pequeña escala creció un 29% entre 2005 y 2008. China es el mayor productor de este tipo de energía.
Las pequeñas centrales hidroeléctricas pueden conectarse a las redes eléctricas como una fuente de energía renovable y económica. También pueden construirse en áreas aisladas donde no hay una red eléctrica nacional. Como suelen tener embalses y obras civiles mínimas, se considera que tienen un impacto ambiental bajo en comparación con las grandes centrales.
Micro centrales
Las "micro hidro" son instalaciones que producen hasta 100 kW de potencia. Pueden dar energía a una casa aislada o a una comunidad pequeña, o conectarse a la red eléctrica. Son comunes en países en desarrollo porque son una fuente de energía económica que no necesita combustible. Los sistemas micro hidro complementan la energía solar fotovoltaica, ya que el flujo de agua suele ser mayor en invierno, cuando la energía solar es mínima.
Pico centrales
Las "pico hidro" generan menos de 5 kW. Son útiles para comunidades pequeñas y remotas que necesitan poca electricidad, por ejemplo, para encender algunas bombillas y una radio. Incluso las turbinas más pequeñas de 200-300 W pueden alimentar una casa con una caída de agua de solo 1 metro. Una instalación pico hidro generalmente se coloca en el curso de un río, sin necesidad de represas. El agua se desvía por tuberías, pasa por la turbina y luego regresa al río.
Centrales subterráneas
Una central subterránea se usa en grandes instalaciones y aprovecha una gran diferencia de altura natural entre dos cuerpos de agua, como una cascada o un lago de montaña. Se construye un túnel subterráneo para llevar el agua desde el embalse superior hasta una sala de generación construida en una caverna bajo tierra. Luego, el agua se dirige a un canal de salida inferior.
¿Cómo se calcula la energía disponible?
Una fórmula sencilla para calcular la energía eléctrica que puede producir una central hidroeléctrica es: , donde
, es la potencia en vatios.
, es la densidad del agua (aproximadamente 1000 kg/m³).
, es la altura de la caída del agua.
, es el flujo de agua en m³/s.
, es la aceleración de la gravedad, que es 9.8 m/s2.
, es un coeficiente de eficiencia que va de 0 a 1. Las turbinas más grandes y modernas tienen una eficiencia más alta (más cercana a 1).
La producción anual de energía eléctrica depende de la cantidad de agua disponible, que puede variar mucho a lo largo del año.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la hidroelectricidad?
Ventajas
Flexibilidad
La hidroelectricidad es muy flexible. Las centrales pueden aumentar o disminuir su producción rápidamente para adaptarse a los cambios en la demanda de energía. Las turbinas hidráulicas pueden arrancar en pocos minutos y alcanzar su máxima potencia en 60 a 90 segundos. Esto es mucho más rápido que las turbinas de gas o las plantas de vapor. Por eso, la hidroelectricidad se usa a menudo para complementar otras fuentes de energía.
Bajo costo
La principal ventaja de las represas hidroeléctricas con embalses es que pueden almacenar agua a bajo costo para generar electricidad limpia y valiosa más tarde. El costo promedio de la electricidad de una central de más de 10 megavatios es de 3 a 5 centavos de dólar por kilovatio-hora.
Las centrales hidroeléctricas tienen una vida útil muy larga, algunas funcionan por 50 a 100 años. El costo de la mano de obra también es bajo, ya que las plantas están automatizadas y necesitan poco personal. Cuando un embalse tiene varios propósitos (como control de inundaciones y riego), añadir una central hidroeléctrica puede ser económico y generar ingresos.
Uso industrial
Aunque muchos proyectos hidroeléctricos suministran electricidad a la red pública, algunos se construyen para empresas industriales específicas. Por ejemplo, la presa Grand Coulee en Estados Unidos se usó para apoyar la producción de aluminio durante la Segunda Guerra Mundial.
Menos emisiones de CO2
Como las represas hidroeléctricas no queman combustible, no producen dióxido de carbono durante la generación de energía. Aunque se produce dióxido de carbono durante la construcción y metano por los embalses, la hidroelectricidad tiene las emisiones de gases de efecto invernadero más bajas en su ciclo de vida, especialmente en climas fríos. En comparación con los combustibles fósiles, la energía hidráulica evitó tres mil millones de toneladas de emisiones de CO2 en 2011.
Un estudio en Europa encontró que la hidroelectricidad produce la menor cantidad de gases de efecto invernadero y tiene el menor impacto ambiental de todas las fuentes de energía. El segundo lugar fue para la energía eólica, luego la energía nuclear y la solar fotovoltaica. Sin embargo, en regiones tropicales, los embalses pueden producir más metano debido a la descomposición de la vegetación.
Otros usos del embalse
Los embalses creados para centrales hidroeléctricas a menudo se usan para deportes acuáticos y se convierten en atracciones turísticas. También pueden usarse para la acuicultura (cría de peces). Las represas de usos múltiples ayudan a la agricultura al proporcionar un suministro constante de agua para riego. Las grandes represas hidroeléctricas también pueden controlar las inundaciones, protegiendo a las comunidades río abajo.
Desventajas
Impacto en el ecosistema y pérdida de tierras
Presa de Merowe|l1=Presa de Merowe en Sudán Los grandes embalses de las centrales hidroeléctricas tradicionales inundan grandes áreas, lo que a veces destruye bosques, pantanos y pastizales importantes para la vida silvestre. La construcción de represas interrumpe el flujo natural de los ríos y puede afectar los ecosistemas locales. A menudo, esto implica que las personas y la vida silvestre deben ser reubicadas. La pérdida de tierra se agrava por la fragmentación de los hábitats cercanos al embalse.
Los proyectos hidroeléctricos pueden afectar los ecosistemas acuáticos tanto río arriba como río abajo. El agua que sale de una turbina suele tener pocos sedimentos, lo que puede causar erosión en los lechos y orillas de los ríos. Además, las compuertas de las turbinas a veces se abren y cierran de forma intermitente, causando cambios rápidos en el flujo del río.
Pérdida de agua por evaporación
Un estudio de 2011 encontró que las centrales hidroeléctricas en Estados Unidos perdían entre 1425 y 18,000 galones de agua por megavatio-hora de electricidad generada debido a la evaporación en el embalse. Esto es más que la pérdida de agua de otras tecnologías de generación que usan torres de enfriamiento.
Sedimentación y escasez de flujo
El agua que fluye transporta partículas, lo que puede afectar negativamente a las represas, especialmente en ríos con mucha sedimentación. La sedimentación puede llenar un embalse, reduciendo su capacidad para controlar inundaciones y ejerciendo presión adicional sobre la presa. Con el tiempo, algunos embalses pueden llenarse de sedimentos y volverse inútiles.
Los cambios en el flujo del río afectan la cantidad de energía que produce una represa. Un flujo de río más bajo reduce la cantidad de agua disponible para la hidroelectricidad, lo que puede causar escasez de energía en áreas que dependen mucho de ella. El riesgo de escasez de flujo puede aumentar debido al cambio climático.
Emisiones de metano de los embalses
La Presa Hoover en Estados Unidos es una gran instalación hidroeléctrica con una capacidad de 2,080 MW.
En las regiones tropicales, los embalses de las centrales eléctricas pueden producir cantidades significativas de metano. Esto ocurre porque la vegetación en las áreas inundadas se descompone sin oxígeno, formando metano, un gas de efecto invernadero. Si el embalse es muy grande en comparación con la capacidad de generación y no se limpia la vegetación antes de la construcción, las emisiones de gases de efecto invernadero pueden ser mayores que las de una planta que quema petróleo.
Sin embargo, en los embalses de Canadá y el norte de Europa, las emisiones de gases de efecto invernadero suelen ser solo del 2% al 8% de las de cualquier tipo de generación térmica convencional.
Reubicación de personas
Otra desventaja de las represas hidroeléctricas es la necesidad de reubicar a las personas que viven en las áreas donde se construirán los embalses. En el año 2000, se estimó que las represas habían desplazado a entre 40 y 80 millones de personas en todo el mundo.
Riesgos de fallas
Rotura de presa|Lista de fallas de la central hidroeléctrica Como las grandes instalaciones hidroeléctricas retienen enormes volúmenes de agua, una falla debido a una mala construcción, desastres naturales o sabotajes puede causar grandes problemas para las comunidades y la infraestructura río abajo.
Durante el tifón Nina en 1975, la presa Banqiao en China falló después de que cayera más de un año de lluvia en 24 horas. La inundación resultante afectó a muchas personas y causó grandes problemas.
La construcción de una represa en un lugar geológicamente inestable puede causar desastres, como el de 1963 en la presa Vajont en Italia, que afectó a casi 2000 personas.
La falla de la presa Malpasset en Fréjus, Francia, en 1959, causó una inundación que afectó a 423 personas.
Las represas más pequeñas y las micro instalaciones hidroeléctricas presentan menos riesgos, pero aún pueden ser peligrosas incluso después de dejar de funcionar. Por ejemplo, la pequeña presa de tierra Kelly Barnes Dam falló en 1977, veinte años después de su construcción, causando problemas a 39 personas.
Comparación con otros métodos de energía
La hidroelectricidad evita las emisiones de gases de la quema de combustibles fósiles, como el dióxido de azufre, el óxido nítrico, el monóxido de carbono, el polvo y el mercurio. También evita los peligros de la minería del carbón y los efectos en la salud de sus emisiones.
Energía nuclear
En comparación con la energía nuclear, la construcción de una central hidroeléctrica requiere alterar grandes áreas del medio ambiente, mientras que una central nuclear ocupa un espacio pequeño. Sin embargo, las fallas en las centrales hidroeléctricas han causado más problemas que cualquier falla en una central nuclear. Por ejemplo, la creación de la Garrison Dam requirió que las tierras de los nativos americanos fueran usadas para crear el Lago Sakakawea.
La energía nuclear es menos flexible y no puede reducir su producción tan rápido. Como el costo de la energía nuclear se basa en su alta infraestructura, el costo por unidad de energía aumenta mucho con una producción baja. Por eso, la energía nuclear se usa principalmente para la carga base (energía constante). En cambio, la hidroelectricidad puede suministrar energía en los picos de demanda a un costo mucho menor. Por lo tanto, la hidroelectricidad a menudo complementa a las plantas nucleares para ajustar la carga.
Energía eólica
La energía eólica varía según la temporada y es intermitente diariamente. La máxima generación de viento no siempre coincide con la máxima demanda de electricidad. A veces, puede haber poco viento durante días o semanas. Un embalse hidroeléctrico que puede almacenar semanas de producción es útil para equilibrar la generación en la red. La energía eólica máxima se puede compensar con energía hidráulica mínima, y el viento mínimo se puede compensar con energía hidráulica máxima. De esta manera, la hidroelectricidad ayuda a compensar la naturaleza intermitente de la energía eólica.
En áreas sin energía hidroeléctrica, el almacenamiento por bombeo cumple una función similar, aunque con un costo mucho mayor y menos eficiencia.
Capacidad hidroeléctrica mundial
Anexo:Países por producción de electricidad a partir de fuentes renovables
En 2015, la energía hidroeléctrica generó el 16.6% de la electricidad total del mundo y el 70% de toda la electricidad renovable. Se produce en 150 países. China es el mayor productor, con 721 teravatios-hora en 2010, lo que representa alrededor del 17% de su consumo eléctrico. Países como Brasil, Canadá, Nueva Zelanda, Noruega, Paraguay, Austria, Suiza y Venezuela obtienen la mayor parte de su electricidad de la energía hidroeléctrica. Paraguay produce el 100% de su electricidad de represas hidroeléctricas y exporta el 90% a Brasil y Argentina. Noruega produce el 98-99% de su electricidad de fuentes hidroeléctricas.
Una central hidroeléctrica rara vez opera a su máxima potencia durante todo el año. La relación entre la potencia promedio anual y la capacidad instalada se llama factor de capacidad.
País | Producción hidroeléctrica anual (TWh) |
Capacidad instalada (GW) | Factor de capacidad | % de la producción mundial |
%en generación de electricidad doméstica |
---|---|---|---|---|---|
![]() |
1232 | 352 | 0.37 | 28.5% | 17.2% |
![]() |
389 | 105 | 0.56 | 9.0% | 64.7% |
![]() |
386 | 81 | 0.59 | 8.9% | 59.0% |
![]() |
317 | 103 | 0.42 | 7.3% | 7.1% |
![]() |
193 | 91 | 0.42 | 4.5% | 17.3% |
![]() |
151 | 49 | 0.43 | 3.5% | 9.6% |
![]() |
140 | 33 | 0.49 | 3.2% | 95.0% |
![]() |
88 | 50 | 0.37 | 2.0% | 8.4% |
![]() |
84 | 18 | 0.67 | 1.9% | 34.9% |
![]() |
71 | 26 | 0.46 | 1.6% | 12.1% |
Grandes proyectos en construcción
Nombre | Capacidad máxima (MW) | País | Comienzo de la construcción | Previsión de terminación | Comentarios |
---|---|---|---|---|---|
Represa de Belo Monte | 11 181 | ![]() |
marzo de 2011 | 2019 5 de marzo de 2016 (operativa) |
Construcción preliminar en curso.
Construcción suspendida 14 días por orden judicial, agosto de 2012 |
Proyecto Siang Upper HE | 11 000 | ![]() |
abril de 2009 | 2024 | Construcción multifase en un período de 15 años. La construcción se retrasó debido a la disputa con China. |
Presa de Tasang | 7110 | ![]() |
marzo de 2007 | 2022 | Controvertida presa de 228 metros de altura con capacidad para producir 35 446 GWh anualmente. |
Presa de Xiangjiaba | 6400 | ![]() |
26 de noviembre de 2006 | 2015 | El último generador se puso en servicio el 9 de julio de 2014. |
Presa del Renacimiento | 6000 | ![]() |
2011 | 2017 | Ubicado en la cuenca alta del Nilo, en Egipto. |
Presa de Nuozhadu | 5850 | ![]() |
2006 | 2017 | |
Estación Hidroeléctrica Jinping 2 | 4800 | ![]() |
30 de enero de 2007 | 2014 | Para construir esta presa, 23 familias y 129 residentes locales deben ser trasladados. Funciona con la central hidroeléctrica Jinping 1 como grupo. |
Presa de Diamer-Bhasha | 4500 | ![]() |
18 de octubre de 2011 | 2023 | |
Estación Hidroeléctrica Jinping 1 | 3600 | ![]() |
11 de noviembre de 2005 | 2014 | El sexto y último generador se puso en servicio el 15 de julio de 2014 |
Central de Jirau | 3300 | ![]() |
2008 | 2013 | La construcción se detuvo en marzo de 2011 debido a disturbios de trabajadores. Fue inaugurada en el segundo semestre de 2012. |
Presa de Guanyinyan | 3000 | ![]() |
2008 | 2015 | Se inició la construcción de las carreteras y el aliviadero. |
Presa de Lianghekou | 3000 | ![]() |
2014 | 2023 | |
Presa de Dagangshan | 2600 | ![]() |
15 de agosto de 2008 | 2016 | |
Presa de Liyuan | 2400 | ![]() |
2008 | 2013 | |
Represa de Tocoma Estado Bolívar | 2160 | ![]() |
2004 | 2014 | Esta central eléctrica sería el último desarrollo en la Cuenca del Bajo Caroní, con un total de seis centrales eléctricas en el mismo río, incluida la Presa Guri de 10 000 MW. |
Presa de Ludila | 2100 | ![]() |
2007 | 2015 | Breve finalización de la construcción en 2009 por evaluación ambiental. |
Presa de Shuangjiangkou | 2000 | ![]() |
diciembre de 2007 | 2018 | La presa tendrá 312 m de altura. |
Presa Ahai | 2000 | ![]() |
27 de julio de 2006 | 2015 | |
Presa de Teles Pires | 1820 | ![]() |
2011 | 2015 | |
Presa de Site C | 1100 | ![]() |
2015 | 2024 | Primera presa grande en el oeste de Canadá desde 1984 |
Presa del Bajo Subansiri | 2000 | ![]() |
2007 | 2016 |
Galería de imágenes
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La presa de las Tres Gargantas en el centro de China es la instalación de producción de energía más grande del mundo de cualquier tipo
Véase también
En inglés: Hydroelectricity Facts for Kids