Energia hidroelèctrica

electricitat obtinguda a partir d'energia hidràulica

L'energia hidroelèctrica és l'energia elèctrica produïda en una central hidràulica a partir d'un corrent, vertical o horitzontal, d'un riu. En altres paraules, és l'electricitat (energia elèctrica) obtinguda a partir d'energia hidràulica (energia mecànica de l'aigua en moviment de rius, llacs i pantans).

Producció d'energia hidroelèctrica

Aquesta energia, avui dia, subministra al món aproximadament 715.000 MW energètics o més ben dit, el 19% de l'electricitat mundial, que representa més del 63% del total de l'electricitat de fonts renovables en el 2006.

El cost de la hidroelectricitat és relativament baix pel que és una font competitiva d'electricitat renovable. L'estació hidroelèctrica no consumeix aigua, a diferència de les plantes de carbó o gas. El cost mitjà de l'electricitat d'una estació hidroelèctrica de més de 10 megawatts és de 2 a 4 cèntims d'euro per quilowatt-hora.[1] En disposar d'una presa i un embassament, és una font flexible d'electricitat, ja que la quantitat produïda per l'estació es pot canviar, augmentar o disminuir molt ràpidament, per adaptar-se a les demandes canviants d'energia. Una vegada que es construeix un complex hidroelèctric, el projecte no produeix residus directes i, en molts casos, té un nivell de producció de gasos d'efecte hivernacle considerablement més baix que les plantes d'energia que funcionen amb combustibles fòssils.[2]

Centrals hidroelèctriquesModifica

Article principal: Central hidràulica

Les centrals hidroelèctriques utilitzen l'energia mecànica de l'aigua embassada per l'obra de presa ("dic" si no és molt gran) que fa de barrera. L'aigua circula a través d'una canonada on l'energia potencial es transforma en energia cinètica. La força de l'aigua fa girar el conjunt de turbines, generadors i alternadors, generant l'energia elèctrica de corrent altern. En aquest cas, l'energia extreta de l'aigua depèn del cabal, de la diferència d'altura d'on s'extreu l'aigua i del tipus, altura i mida de les turbines.

Trobarem centrals hidràuliques a les zones on hi hagi cabals d'aigua (rius i llacs) i diferències de nivell importants. A Catalunya, aquestes centrals es concentren preferentment a les valls del Pirineu i a les conques dels rius Ter, Llobregat, Segre i les Nogueres Pallaresa i Ribagorçana.

A Catalunya la majoria de centrals són minihidràuliques, que no requereixen cabals de rius tan importants com les hidràuliques grans, i tenen els avantatges de ser fonts d'energia menys centralitzades, amb la qual cosa la societat civil en té més control i poder a nivell local, també té menys dependència energètica, té els avantatges d'un "producte kilòmetre zero" (impacte a l'economia local, menys cost de transport, etc.), i molt menor impacte ambiental.

HistòriaModifica

 
Central hidroelèctrica del museu "Under the Town" a Sèrbia, construïda en 1900[3]

L'energia hidràulica s'ha utilitzat des de l'antiguitat per moldre la farina i realitzar altres tasques. A mitjan de la dècada de 1770, l'enginyer francès Bernard Forest de Belidor va publicar Architecture Hydraulique, que descrivia les màquines hidràuliques d'eix vertical i horitzontal. A finals del segle XIX es va desenvolupar el generador elèctric i llavors es va poder acoblar als sistemes hidràulics.[4] La creixent demanda de la Revolució Industrial també va impulsar el seu desenvolupament.[5] En 1878, William Armstrong va desenvolupar el primer esquema hidroelèctric del món a Cragside, Northumberland, Anglaterra. Va ser utilitzat per alimentar una sola llum d'arc en la seva galeria d'art.[6] L'antiga «central elèctrica de Schoelkopf No. 1» prop de les cataractes del Niàgara, en el costat estatunidenc, va començar a produir electricitat en 1881. La primera central hidroelèctrica d'Edison, la planta de Vulcan Street, va començar a funcionar el 30 de setembre de 1882 a Appleton, Wisconsin , amb una potència de sortida d'uns 12,5 quilowatts.[7] En 1886 hi havia 45 centrals hidroelèctriques als Estats Units i Canadà. Al 1889 hi havia només als Estats Units unes 200.[4]

 
Casa d'hidrogeneradors d'electricitat del Castell de Warwick, utilitzada per al castell des de 1894 fins a 1940

A principis del segle XX les companyies comercials estaven construint moltes petites centrals hidroelèctriques a les muntanyes prop de les àrees metropolitanes. Grenoble, França, va celebrar l'Exposició Internacional d'Energia Hidroelèctrica i Turisme amb més d'un milió de visitants. En 1920, atès que el 40% de l'energia produïda als Estats Units era hidroelèctrica, la Federal Power Act es va promulgar com a llei. La Legislació va crear la Comissió Federal d'Energia per regular les centrals hidroelèctriques en terra i aigua federals. A mesura que les centrals elèctriques es van fer més grans, les seves preses associades van desenvolupar propòsits addicionals per incloure el control d'inundacions, el reg i la navegació. Va ser necessari un finançament federal per al desenvolupament a gran escala i es van crear corporacions de propietat federal com la Tennessee Valley Authority en 1933 i Bonneville Power Administration en 1937.[5] A més, la Oficina de Reclamació, que havia iniciat una sèrie de projectes de reg en l'oest dels Estats Units a principis del segle XX, ara estava construint grans projectes hidroelèctrics, com la Presa Hoover de 1928.[8] El Cos d'Enginyers de l'Exèrcit dels EUA també va participar en el desenvolupament hidroelèctric i va completar la Presa de Bonneville en 1937 i va ser reconegut per la Llei de Control d'Inundacions de 1936 com la principal agència federal de control d'inundacions.[9]

Les centrals hidroelèctriques van continuar creixent al llarg del segle XX. L'energia hidroelèctrica va ser anomenada «carbó blanc» per la seva potència i abundància.[10] La central elèctrica de 1.345 MW de la presa Hoover va ser la central hidroelèctrica més gran del món en 1936; va ser eclipsada per la Presa Grand Coulee de 6.809 MW en 1942.[11] La Presa d'Itaipú es va obrir en 1984 a Sud-amèrica com la més gran, amb 14.000 MW, però va ser superada en 2008 per la Presa de les Tres Gorgues a la Xina amb 22.500 MW. La hidroelectricitat eventualment proveiria a alguns països, entre ells Noruega, República Democràtica del Congo, Paraguai i Brasil, amb més del 85% de la seva electricitat. Actualment, els Estats Units tenen més de 2.000 centrals hidroelèctriques que subministren el 6,4% de la seva producció elèctrica total, que és el 49% de la seva electricitat renovable.[5]

Potencial futurModifica

El potencial tècnic per al creixement de l'energia hidroelèctrica a tot el món és, 71% a Europa, 75% a Amèrica del Nord, 79% a Amèrica del Sud, 95% a Àfrica, 95% a Orient Mitjà, 82% a Àsia Pacífic. Les realitats polítiques dels nous embassaments als països occidentals, les limitacions econòmiques al tercer món i la falta d'un sistema de transmissió en àrees subdesenvolupades, donen com resultat la possibilitat de desenvolupar el 25% del potencial restant abans de 2050, i la major part està a l'Àrea d'Àsia Pacífic.[12] Alguns països estan altament desenvolupats però tenen molt poc espai per créixer en aquest sector, com per exemple Suïssa 12% i Mèxic 20%.

Mètodes de generacióModifica

 
Fila de turbines en la central elèctrica del Nihuil II a Mendoza, Argentina
 
Un antic corredor de turbina en exhibició a la presa de Glen Canyon
 
Tall transversal d'una presa hidroelèctrica convencional
 
Una típica turbina d'aigua i un generador elèctric

Preses convencionalsModifica

La major part de l'energia hidroelèctrica, prové de l'energia potencial de les aigües embassades que impulsen una turbina i un generador elèctric. La potència extreta de l'aigua depèn del volum i de la diferència d'altura entre la font i la sortida de l'aigua. Aquesta diferència d'altura es diu càrrega hidràulica. Un tub gran o comporta, condueix l'aigua des del dipòsit a la turbina.[13]

Emmagatzematge per bombamentModifica

Vegeu també: Central hidroelèctrica reversible

Aquest mètode produeix electricitat per satisfer els becs de demanda en moure l'aigua entre embassaments a diferents cotes. En moments de baixa demanda elèctrica, l'excés de capacitat de generació s'utilitza per bombar aigua al dipòsit més alt. Quan la demanda augmenta, l'aigua s'allibera de nou en l'embassament inferior a través d'una turbina. Els esquemes d'emmagatzematge per bombament proporcionen actualment els mitjans més importants comercialment per a l'emmagatzematge d'energia a la xarxa a gran escala i milloren el factor de capacitat diària del sistema de generació. L'emmagatzematge per bombament no és una font d'energia, i apareix com un nombre negatiu en els llistats.[14]

Corrent de riuModifica

Les estacions hidroelèctriques de passada són aquelles amb una capacitat de reserva petita o nul·la, per la qual cosa solament l'aigua provinent d'aigües més amunt està disponible per a la generació en aquest moment, i qualsevol excés de subministrament es perd sense ser utilitzat. Un subministrament constant d'aigua des d'un llac o un embassament existent aigües amunt és un avantatge significatiu en triar els llocs per al corrent del riu. Als Estats Units, l'energia hidroelèctrica del riu podria proporcionar 60.000 megawatts (80.000.000 cv), aproximadament el 13,7% de l'ús total en 2011 si està disponible contínuament.[15]

MareaModifica

Article principal: Energia mareomotriu

Una central elèctrica de marees, també anomenada d'energia mareomotriu, aprofita l'augment i la caiguda diària de l'aigua del mar a causa de les marees; aquestes fonts són altament predictibles i, si les condicions permeten la construcció de reserves, també es poden utilitzar per generar energia durant períodes d'alta demanda. Aquests tipus d'esquemes hidroelèctrics, que són els menys comuns, utilitzen l'energia cinètica de l'aigua o fonts no danyades, com les rodes d'aigua per sota de la superfície. El poder de les marees és viable en un nombre relativament petit de llocs a tot el món ja que és necessari que la diferència de les altures aconseguides pel flux i el reflux sigui important. A Gran Bretanya, hi ha vuit llocs que podrien desenvolupar-se, que tenen el potencial de generar el 20% de l'electricitat utilitzada en 2012.[16]

Grandàries, tipus i capacitats d'instal·lacions hidroelèctriquesModifica

Grans instal·lacionsModifica

Les centrals hidroelèctriques a gran escala es consideren més comunament com les instal·lacions de producció d'energia més grans del món, amb algunes instal·lacions hidroelèctriques capaces de generar més del doble de les capacitats instal·lades de les centrals nuclears més grans actuals.

Encara que no existeix una definició oficial per al rang de capacitat de les grans centrals hidroelèctriques, les instal·lacions de més d'uns pocs centenars de megawatts es consideren en general grans centrals hidroelèctriques.

Actualment, només quatre instal·lacions de més de 10 GW (10.000 MW) estan en funcionament a tot el món.[1]

Lloc Estació País Localització Capacitat (MW)
1 Presa de les Tres Gorgues   Xina 30° 49′ 15″ N, 111° 00′ 08″ E / 30.82083°N,111.00222°E / 30.82083; 111.00222 (Three Gorges Dam) 22.500
2 Presa d'Itaipú   Brasil
  Paraguai
25° 24′ 31″ S, 54° 35′ 21″ O / 25.40861°S,54.58917°O / -25.40861; -54.58917 (Itaipu Dam) 14.000
3 Presa de Xiluodu   Xina 28° 15′ 35″ N, 103° 38′ 58″ E / 28.25972°N,103.64944°E / 28.25972; 103.64944 (Xiluodu Dam) 13.860
4 Presa de Guri   Veneçuela 07° 45′ 59″ N, 62° 59′ 57″ O / 7.76639°N,62.99917°O / 7.76639; -62.99917 (Guri Dam) 10.200
Vista panoràmica de la presa d'Itaipu, amb els sobreeixidors (tancats al moment de la foto) a l'esquerra. En 1994, la Societat Americana d'Enginyers Civils va triar la Presa d'Itaipu com una de les set meravelles modernes del món.[17]

PetitaModifica

La petita hidroelèctrica és el desenvolupament de l'energia hidroelèctrica a escala suficient perquè serveix a una petita comunitat o planta industrial. La definició d'un projecte hidroelèctric petit varia, però s'accepta generalment una capacitat de generació de fins a 10 megawatts (MW) com el límit superior del que es pot denominar petita central hidroelèctrica. Pot estendre's fins a 25 MW o 30 MW a Canadà i els Estats Units. La producció d'energia hidroelèctrica a petita escala va créixer un 29% entre 2005 i 2008, la qual cosa va elevar la capacitat total de petites centrals hidroelèctriques del món a 85 GW . Més del 70% de la potència total es produeix a la Xina (65 GW), seguit per Japó (3,5 GW), els Estats Units (3 GW), i Índia (2 GW).[18][19]

 
Una micro instal·lació hidroelèctrica a Vietnam
 
Hidroelectricitat Pico a Mondulkiri, Cambodja

Les petites estacions hidroelèctriques poden connectar-se a les xarxes de distribució elèctrica convencionals com a font d'energia renovable de baix cost. Alternativament, els petits projectes hidroelèctrics poden construir-se en àrees aïllades que no serien rendibles per servir des d'una xarxa, o en àrees on no hi ha una xarxa nacional de distribució elèctrica. Atès que els petits projectes hidroelèctrics solen tenir un mínim d'embassaments i obres de construcció civil, es considera que tenen un impacte ambiental relativament baix en comparació de les grans centrals hidroelèctriques. Aquesta disminució de l'impacte ambiental depèn en gran manera de l'equilibri entre el flux del corrent i la producció d'energia.

MicroModifica

«Micro hidro» és un terme utilitzat per a les instal·lacions d'energia hidroelèctrica que normalment produeixen fins a 100 kW de potència. Aquestes instal·lacions poden proporcionar energia a una llar aïllada o comunitat petita, o de vegades estan connectades a xarxes d'energia elèctrica. Hi ha moltes d'aquestes instal·lacions a tot el món, particularment en països en desenvolupament ja que poden proporcionar una font econòmica d'energia sense la compra de combustible.[20] Els micro sistemes hidroelèctrics complementen els sistemes d'energia solar fotovoltaica perquè en moltes àrees el flux d'aigua, i per tant l'energia hidroelèctrica disponible, és més alta en l'hivern quan l'energia solar és mínima.

PicoModifica

Pico hidro és un terme utilitzat per a la generació d'energia hidroelèctrica de menys de 5 kW. És útil en comunitats petites i remotes que requereixen solament una petita quantitat d'electricitat. Per exemple, per alimentar una o dues bombetes fluorescents i un televisor o ràdio per a algunes cases.[21] Fins i tot les turbines més petites de 200-300 W poden alimentar una sola casa en un país en desenvolupament amb una desnivell de caiguda del de sol 1 m (3 peus). Una configuració Pico-hidroelèctrica sol estar en el corrent d'un riu, la qual cosa significa que les preses no s'usen, sinó que les canonades desvien part del flux, ho fan descendir un una de petita altura i travessen la turbina abans de retornar-la al corrent.

SubterràniaModifica

Una estació d'energia subterrània s'usa generalment en grans instal·lacions i fa ús d'una gran diferència d'altura natural entre dues vies fluvials, com una cascada o un llac de muntanya. Es construeix un túnel subterrani per portar l'aigua des del dipòsit superior fins a la sala de generació construïda en una caverna subterrània prop del punt més baix del túnel d'aigua i una pista horitzontal que porta l'aigua a la via de sortida del canal inferior.

Càlcul de la potència disponibleModifica

Una senzilla fórmula per aproximar la producció d'energia elèctrica en una estació hidroelèctrica és la següent: , on

  •  , és la potència en watts,
  •  , és la densitat de l'aigua (1.000 kg/m³),
  •  , és altura del desnivell,
  •  , és el flux d'aigua en m³/s,
  •  , és l'acceleració de la gravetat, que és 9,8 m/s²,
  •  , és un coeficient d'eficiència que va de 0 a 1. L'eficiència és més alta (és a dir, més propera a 1) amb turbines més grans i més modernes.

La producció anual d'energia elèctrica depèn del subministrament d'aigua disponible. En algunes instal·lacions, el cabal d'aigua pot variar en un factor de 10:1 en el transcurs d'un any.

PropietatsModifica

AvantatgesModifica

La central elèctrica Ffestiniog pot generar 360 MW d'electricitat dins dels 60 segons posteriors a la demanda.

FlexibilitatModifica

L'energia hidroelèctrica és una font flexible d'electricitat, ja que les estacions es poden pujar i baixar molt ràpidament per adaptar-se a les demandes canviants d'energia.[1] Les turbines hidràuliques tenen un temps d'arrencada de l'ordre d'uns pocs minuts.[22] Es triga entre 60 i 90 segons a portar una unitat des de l'arrencada en fred fins a la càrrega completa. Això és molt més tallo que per a turbines de gas o plantes de vapor.[23] La generació d'energia també pot disminuir-se ràpidament quan hi ha un excedent de generació d'energia.[24] Per tant, la capacitat limitada de les unitats hidroelèctriques no s'usa generalment per produir energia bàsica, excepte per desallotjar el pou d'inundació o satisfer les necessitats posteriors.[25] En canvi, serveix com a respatller per a generadors no hidroelèctrics.[24]

Baix costModifica

El principal avantatge de les preses hidroelèctriques convencionals amb embassaments és la seva capacitat per emmagatzemar aigua a baix cost per al seu posterior enviament com a electricitat neta d'alt valor. El cost mitjana de l'electricitat d'una estació hidroelèctrica de més de 10 megawatts és de 3 a 5 cèntims de dòlar per quilowatt-hora.[1] Quan s'usa com a potència màxima per satisfer la demanda, la hidroelectricitat té un valor més alt que la potencia base i un valor molt més alt en comparació de les fonts d'energia intermitents.

Les centrals hidroelèctriques tenen una llarga vida econòmica i algunes plantes segueixen en servei després de 50 a 100 anys.[26] El cost de la mà d'obra també sol ser baix, ja que les plantes estan automatitzades i tenen poc personal en el lloc durant l'operació normal.

Quan un embassament té múltiples propòsits, es pot agregar una estació hidroelèctrica amb un cost de construcció relativament baix, la qual cosa proporciona un flux d'ingressos útil per compensar els costos de l'operació de l'embassament. S'ha calculat que la venda d'electricitat de la Presa de les Tres Gorgues cobrirà els costos de construcció després de 5 a 8 anys de plena generació.[27] A més algunes dades mostren que en la majoria dels països, les preses hidroelèctriques grans seran massa costoses i demoraran molt a construir-se per oferir un rendiment positiu ajustat al risc, tret que s'implementin les mesures de gestió de riscos apropiades.[28]

Idoneïtat per a aplicacions industrialsModifica

Si ben molts projectes hidroelèctrics subministren xarxes públiques d'electricitat, alguns es creen per servir a empreses industrials específiques. Els projectes hidroelèctrics dedicats sovint es construeixen per proporcionar les quantitats substancials d'electricitat necessàries per a les plantes electrolítiques d'alumini, per exemple. La presa Grand Coulee va canviar per recolzar l'alumini Alcoa a Bellingham, Washington, Estats Units per als avions nord-americans de la Segona Guerra Mundial abans que se li permetés proporcionar reg i energia als ciutadans després de la guerra. A Surinam, l'embassament de Brokopondo va ser construït per proporcionar electricitat a la indústria de l'alumini Alcoa. La central elèctrica Manapouri de Nova Zelanda es va construir per subministrar electricitat a la fosa d'alumini en Tiwai Point.

Reducció d'emissions de CO2Modifica

Atès que les preses hidroelèctriques no utilitzen combustible, la generació d'energia no produeix diòxid de carboni. Mentre que el diòxid de carboni es produeix inicialment durant la construcció del projecte, i el metà és emès anualment per les preses, la hidroelèctrica en casos nòrdics específics, té les emissions de gasos d'efecte hivernacle més baixes en el cicle de vida per potència generada.[29] En comparació dels combustibles fòssils que generen una quantitat equivalent d'electricitat, l'energia hidràulica va estalviar tres mil milions de tones d'emissions de CO2 en 2011.[30]

Un mesurament del gas d'efecte hivernacle relacionada i una altra comparació d'externalitats entre fonts d'energia es pot trobar en el projecte ExternE pel Institut Paul Scherrer i la Universitat de Stuttgart que va ser finançat per la Comissió Europea.[31] Segons aquest estudi, la hidroelectricitat a Europa produeix la menor quantitat de gasos d'efecte hivernacle i l'externalitat de qualsevol font d'energia.[32] El segon lloc va ser el vent, el tercer l'energia nuclear i la cambra la solar fotovoltaica.[32] El baix impacte de la hidroelectricitat en els gasos d'efecte hivernacle es troba especialment en climes temperats. L'estudi anterior va ser per a l'energia local a Europa; presumiblement, prevalen condicions similars a Amèrica del Nord i Àsia del Nord, que presenten un cicle regular i natural de congelació/descongelació (amb la desintegració i el recreixement estacional de les plantes associades). Els majors impactes en les emissions de gasos d'efecte hivernacle es troben a les regions tropicals perquè les reserves de les centrals elèctriques a les regions tropicals produeixen una major quantitat de metà que les de les zones temperades.[33]

Altres usos de l'embassamentModifica

Les reserves creades per a esquemes hidroelèctrics sovint proporcionen instal·lacions per a esports aquàtics i es converteixen en atraccions turístiques. En alguns països, l'aqüicultura en reserves és molt freqüent. Les preses d'usos múltiples instal·lades per al reg recolzen l'agricultura amb un subministrament d'aigua relativament constant. Les grans preses hidroelèctriques poden controlar les inundacions, que d'una altra manera afectarien a les persones que viuen riu avall del projecte.[34]

DesavantatgesModifica

Danys a l'ecosistema i pèrdua de terresModifica

Els grans embassaments associats amb les centrals hidroelèctriques tradicionals donen lloc a la immersió d'extenses àrees aigües amunt de les preses, que de vegades destrueixen els boscos de valls baixes i riberes, pantans i pasturatges biològicament rics i productius. La presa interromp el flux dels rius i pot danyar els ecosistemes locals i la construcció de grans preses i embassaments sovint implica el desplaçament de persones i la vida silvestre.[1] La pèrdua de terra sovint es veu agreujada per la fragmentació de l'hàbitat de les àrees circumdants causada per la reserva.[35]

Els projectes hidroelèctrics poden ser perjudicials per als ecosistemes aquàtics circumdants tant aigües amunt com a aigües avall del lloc de la planta. La generació d'energia hidroelèctrica canvia l'entorn del ric aigües avall. L'aigua que surt d'una turbina en general conté molt poc sediment suspès, la qual cosa pot ocasionar el desgast dels jaços dels rius i la pèrdua de les ribes d'ells.[36] Atès que les comportes de les turbines sovint s'obren intermitentment, s'observen fluctuacions ràpides o fins i tot diàries en el flux del riu.

Pèrdua d'aigua per evaporacióModifica

Un estudi realitzat en 2011 pel Laboratori Nacional d'Energia Renovable dels Estats Units va concloure que les centrals hidroelèctriques en els EE. UU consumien entre 1425 i 18.000 galons d'aigua per megawatt-hora (gal/MWh) d'electricitat generada, a través de les pèrdues per evaporació a la reserva. La pèrdua mitjana va ser de 4,491 gal/MWh, que és major que la pèrdua per a les tecnologies de generació que usen torres de refredament, inclosa la concentració d'energia solar (865 gal/MWh per al canal de CSP, 786 gal/MWh per a la torre de CSP), carbó (687 gal / MWh), nuclear (672 gal / MWh) i gas natural (198 gal / MWh). On hi ha múltiples usos de les reserves, com el subministrament d'aigua, la recreació i el control d'inundacions, tota l'evaporació de la reserva s'atribueix a la producció d'energia.[37]

Sedimentació i escassetat de fluxModifica

Quan l'aigua flueix, té la capacitat de transportar partícules més pesades que les d'aigües avall. Això té un efecte negatiu en les preses i, posteriorment, en les seves centrals elèctriques, en particular les dels rius o a les zones de captació amb alt nivell de sedimentació. La sedimentació pot omplir una reserva i reduir la seva capacitat per controlar les inundacions, a més de causar pressió horitzontal addicional en la parteix aigües amunt de la presa. Eventualment, algunes reserves poden omplir-se de sediments i tornar-se inútils o excessius durant una inundació.[38][39]

Els canvis en la quantitat de flux del riu es correlacionaran amb la quantitat d'energia produïda per una presa. Els cabals més baixos del riu reduiran la quantitat d'emmagatzematge viu en una reserva, per la qual cosa reduiran la quantitat d'aigua que es pot usar per la hidroelectricitat. El resultat de la disminució del flux del riu pot ser la causa de l'escassetat d'energia en àrees que depenen en gran manera de l'energia hidroelèctrica. El risc d'escassetat de flux pot augmentar com a resultat del canvi climàtic.[40] Un estudi del riu Colorado als Estats Units suggereix que els canvis climàtics moderats, com un augment de la temperatura en 2 graus centígrads que resulta en una disminució del 10% en la precipitació, podrien reduir el vessament del riu fins a en un 40%.[40] Brasil és vulnerable a causa de la seva forta dependència de la hidroelectricitat, ja que l'augment de les temperatures, el menor flux d'aigua i les alteracions en el règim de precipitacions, podrien reduir la producció total d'energia en un 7% anual per a finals de segle.[40]

Emissions de metà de reservesModifica

La presa Hoover als Estats Units és una gran instal·lació hidroelèctrica amb presa convencional, amb una capacitat instal·lada de 2.080 MW .

Els impactes positius més baixos es troben a les regions tropicals, ja que s'ha observat que les reserves de plantes d'energia a les regions tropicals produeixen quantitats substancials de metà. Això es deu al fet que el material vegetal en àrees inundades es descompon en un ambient anaeròbic i forma metà, un gas d'efecte hivernacle. Segons l'informe de la Comissió Mundial de Preses,[41] on la reserva és gran en comparació de la capacitat de generació (menys de 100 watts per metre quadrat de superfície inundada) i no es va realitzar la neteja dels boscos a l'àrea abans de començar la construcció de l'embassament, les emissions de gasos d'efecte hivernacle de la reserva poden ser més altes que les d'una planta de generació tèrmica mitjançant petroli convencional.[42]

No obstant això, a les reserves boreals de Canadà i el nord d'Europa, les emissions de gasos d'efecte hivernacle són generalment solament del 2% al 8% de qualsevol tipus de generació tèrmica convencional de combustibles fòssils. Una nova classe d'operació de registre sota l'aigua que apunta als boscos inundats pot mitigar l'efecte de la descomposició del bosc.[43]

ReubicacióModifica

Un altre desavantatge de les preses hidroelèctriques és la necessitat de resituar a les persones que viuen on es planegen a les reserves. L'any 2000, la Comissió Mundial de Preses va estimar que les preses havien desplaçat físicament a entre 40 i 80 milions de persones a tot el món.[44]

Riscos de fracàsModifica

A causa que les grans instal·lacions hidroelèctriques amb preses convencionals retenen grans volums d'aigua, una falla deguda a una construcció deficient, desastres naturals o sabotatges pot ser catastròfica per als assentaments i infraestructura riu avall.

Durant el tifó Nina, en 1975, la presa Banqiao va fallar en el sud de la Xina quan més d'un any de pluja va caure en 24 hores. La inundació resultant va causar la mort de 26 000 persones i altres 145 000 per les epidèmies. Milions de persones van quedar sense llar.

La creació d'una presa en un lloc geològicament inadequat pot causar desastres com el de 1963 en la presa Vajont a Itàlia, on van morir gairebé 2.000 persones.

El trencament de la presa Malpasset a Frejús a la Costa Blava, al sud de França, va fer que s'esfondrés el 2 de desembre de 1959, on van morir 423 persones en la inundació resultant.[45]

Les preses més petites i les micro instal·lacions hidroelèctriques creen menys riscos, però poden formar perills continus fins i tot després de ser retirats del servei. Per exemple, la petita presa de terra Kelly Barnes Dam va fallar en 1977, vint anys després que la seva central elèctrica fos posada en servei el que va causar 39 morts.[46]

Comparació i interaccions amb altres mètodes de generació d'energiaModifica

La hidroelectricitat elimina les emissions de gasos de combustió de la combustió de combustibles fòssils, inclosos contaminants com el diòxid de sofre, l'òxid nítric, el monòxid de carboni, la pols i el mercuri existent en el carbó. La hidroelectricitat també evita els perills de la mineria del carbó i els efectes indirectes per a la salut de les emissions de carbó.

L'energia nuclearModifica

En comparació de l'energia nuclear, la construcció d'una planta productora d'hidroelectricitat requereix l'alteració de grans àrees del medi ambient, mentre que una estació d'energia nuclear té una petjada petita, i les falles en les centrals hidroelèctriques han causat desenes de milers de morts més que qualsevol falla d'una estació nuclear.[35][46] La creació de Garrison Dam, per exemple, va requerir que les terres dels nadius americans creessin el Llac Sakakawea, que té una línia costanera d'1,320 milles i que els habitants venguessin el 94% de les seves terres cultivables per $ 7,5 milions en 1949.[47]

No obstant això, l'energia nuclear és relativament inflexible si bé pot reduir la seva sortida raonablement ràpid. Atès que el cost de l'energia nuclear està dominat pels seus alts costos d'infraestructura, el cost per unitat d'energia augmenta significativament amb la baixa producció. A causa d'això, l'energia nuclear s'utilitza principalment per la càrrega base. A manera de contrast, la hidroelectricitat pot subministrar potència màxima a un cost molt menor. Per tant, la hidroelectricitat s'usa sovint per complementar a les plantes nuclears o unes altres per al seguiment de la càrrega. Els exemples de països en els quals estan aparellats en una participació propera al 50/50 inclouen la xarxa elèctrica a Suïssa, el sector de l'electricitat a Suècia i, en menor mesura, Ucraïna i el sector de l'electricitat a Finlàndia.

Energia eòlicaModifica

L'energia eòlica travessa una variació predictible per temporada, però és intermitent diàriament. La generació màxima de vent té poca relació amb el consum diari màxim d'electricitat ja que el vent pot aconseguir la seva màxima intensitat durant la nit quan no es necessita energia o pot estar quiet durant el dia quan la demanda elèctrica és major. Ocasionalment, els patrons climàtics poden resultar en poc vent durant dies o setmanes alhora mentre que un dipòsit hidroelèctric capaç d'emmagatzemar setmanes de producció és útil per equilibrar la generació a la xarxa. La potència màxima del vent es pot compensar amb l'energia hidràulica mínima i el vent mínim es pot compensar amb l'energia hidràulica màxima. D'aquesta manera, el caràcter fàcilment regulable de la hidroelectricitat s'utilitza per compensar la naturalesa intermitent de l'energia eòlica. Al revés, en alguns casos, l'energia eòlica es pot utilitzar per estalviar aigua per al seu ús posterior en estacions seques.

En zones que no tenen energia hidroelèctrica, l'emmagatzematge per bombament compleix una funció similar però a un cost molt major i un 20% menys d'eficiència. Un exemple d'això és el comerç de Noruega amb Suècia, Dinamarca, els Països Baixos i possiblement Alemanya o el Regne Unit en el futur.[48] Noruega té un 98% d'energia hidroelèctrica, mentre que els seus veïns de terres planes estan instal·lant energia eòlica.

Capacitat hidroelèctrica mundialModifica

 
Quota mundial d'energies renovables (2008)
 
Tendències dels cinc principals països productors d'hidroelectricitat

La classificació de la capacitat hidroelèctrica és per la producció d'energia anual real o per la potència nominal de la capacitat instal·lada. En 2015, l'energia hidroelèctrica va generar el 16.6% de l'electricitat total del món i el 70% de tota l'electricitat renovable.[49] L'energia hidroelèctrica es produeix en 150 països i la regió d'Àsia i el Pacífic va generar el 32% de la hidroelectricitat global en 2010. Xina és el major productor d'energia hidroelèctrica, amb 721 teravatios-hora de producció en 2010, la qual cosa representa al voltant del 17% de l'ús domèstic d'electricitat. Brasil, Canadà, Nova Zelanda, Noruega, Paraguai, Àustria, Suïssa i Veneçuela tenen una majoria de la producció interna d'energia elèctrica a partir d'energia hidroelèctrica. Paraguai produeix el 100% de la seva electricitat de les preses hidroelèctriques i exporta el 90% de la seva producció a Brasil i Argentina. Noruega produeix el 98-99% de la seva electricitat a partir de fonts hidroelèctriques.[50]

Una estació hidroelèctrica rares vegades opera a la seva potència màxima durant un any complet; la relació entre la potencia mitjana anual i la capacitat de capacitat instal·lada és el factor de capacitat. La capacitat instal·lada és la suma de totes les classificacions de potència de la placa d'identificació del generador.[51]

Els deu països majors productors hidroelèctrics en 2020.[50][52][53]
País Producció hidroelèctrica
anual (TWh)
Capacitat instal·lada (GW) Factor de capacitat % de la
producció mundial
%en
generació de
electricitat domèstica
  República Popular de la Xina 1232 352 0.37 28.5% 17.2%
  Brasil 389 105 0.56 9.0% 64.7%
  Canadà 386 81 0.59 8.9% 59.0%
  Estats Units 317 103 0.42 7.3% 7.1%
  Rússia 193 91 0.42 4.5% 17.3%
  Índia 151 49 0.43 3.5% 9.6%
  Noruega 140 33 0.49 3.2% 95.0%
  Japó 88 50 0.37 2.0% 8.4%
  Vietnam 84 18 0.67 1.9% 34.9%
  França 71 26 0.46 1.6% 12.1%
Capacitat instal·lada d'energia hidroelèctrica (MW) [54]
# País 2020
1   Xina 370 160
2   Brasil 109 318
3   Estats Units 103 058
4   Canadà 81 058
5   Rússia 51 811
6   Índia 50 680
7   Japó 50 016
8   Noruega 33 003
9   Turquia 30 984
10   França 25 897
11   Itàlia 22 448
12   Espanya 20 114
13   Vietnam 18 165
14   Veneçuela 16 521
15   Suècia 16 479
16   Suïssa 15 571
17   Àustria 15 147
18   Iran 13 233
19   Mèxic 12 671
20   Colòmbia 12 611
21   Argentina 11 348
22   Alemanya 10 720
23   Pakistan 10 002
24   Paraguai 8 810
25   Austràlia 8 528
26   Laos 7 376
27   Portugal 7 262
28   Xile 6 934
29   Romania 6 684
30   Corea del Sud 6 506
31   Ucraïna 6 329
32   Malàisia 6 275
33   Indonèsia 6 210
34   Perú 5 735
35   Nova Zelanda 5 389
36   Tadjikistan 5 273
37   Equador 5 098

Grans projectes en construccióModifica

Nom Capacitat màxima (MW) País Començament de la construcció Previsió de terminació Comentaris
Presa de Belo Monte 11.181   Brasil març de 2011 2019
5 de març de 2016 (operativa)
Construcció preliminar en curs.[55]

Construcció suspesa 14 dies per ordre judicial, agost de 2012[56]

Projecte Siang Upper HE 11.000   Índia abril de 2009 2024 Construcció multifase en un període de 15 anys. La construcció es va retardar a causa de la disputa amb la Xina.[57]
Presa de Tasang 7.110   Myanmar març de 2007 2022 Controvertida presa de 228 metres d'altura amb capacitat per produir 35.446 GWh anualment.
Presa de Xiangjiaba 6.400   República Popular de la Xina 26 de novembre de 2006 2015 L'últim generador es va posar en servei el 9 de juliol de 2014.
Presa del Renaixement 6.000   Etiòpia 2011 2017 Situat en la conca alta del Nil, a Egipte.
Presa de Nuozhadu 5.850   República Popular de la Xina 2006 2017
Estació Hidroelèctrica Jinping 2 4.800   República Popular de la Xina 30 de gener de 2007 2014 Per construir aquesta presa, 23 famílies i 129 residents locals han de ser traslladats. Funciona amb la central hidroelèctrica Jinping 1 com a grup.
Presa de Diamer-Bhasha 4.500   Pakistan 18 d'octubre de 2011 2023
Estació Hidroelèctrica Jinping 1 3.600   República Popular de la Xina 11 de novembre de 2005 2014 El sisè i últim generador es va posar en servei el 15 de juliol de 2014
Central de Jirau 3.300   Brasil 2008 2013 La construcció es va detenir al març de 2011 a causa de disturbis de treballadors.[58] Va ser inaugurada en el segon semestre de 2012.
Presa de Guanyinyan 3.000   República Popular de la Xina 2008 2015 Es va iniciar la construcció de les carreteres i el sobreeixidor.
Presa de Lianghekou[59] 3.000   República Popular de la Xina 2014 2023
Presa de Dagangshan 2.600   República Popular de la Xina 15 d'agost de 2008[60] 2016
Presa de Liyuan 2.400   República Popular de la Xina 2008[61] 2013
Presa de Tocoma Estat Bolívar 2.160   Veneçuela 2004 2014 Aquesta central elèctrica seria l'últim desenvolupament en la Conca del Baix Caroní, amb un total de sis centrals elèctriques en el mateix riu, inclosa la Presa Guri de 10.000 MW.[62]
Presa de Ludila 2.100   República Popular de la Xina 2007 2015 Breu finalització de la construcció en 2009 per avaluació ambiental.
Presa de Shuangjiangkou 2.000   República Popular de la Xina desembre de 2007[63] 2018 La presa tindrà 312 m d'altura.
Presa Ahai 2.000   República Popular de la Xina 27 de juliol de 2006 2015
Presa de Teles Pires 1.820   Brasil 2011 2015
Presa de Site C 1.100   Canadà 2015 2024 Primera presa gran a l'oest de Canadà des de 1984
Presa del Baix Subansiri 2.000   Índia 2007 2016

ReferènciesModifica

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 «Use and Capacity of Global Hydropower Increases». Worldwatch Institute, Gener 2012. Arxivat de l'original el 24 de setembre de 2014. [Consulta: 12 desembre 2018].
  2. Renewables 2011 Global Status Report, page 25, Hydropower, REN21, published 2011, accessed 2016-02-19.
  3. One of the Oldest Hydroelectric Power Plants in Europe Built on Tesla’s Principels, Explorations in the History of Machines and Mechanisms: Proceedings of HMM2012, Teun Koetsier and Marco Ceccarelli, 2012.
  4. 4,0 4,1 «History of Hydropower». U.S. Department of Energy.
  5. 5,0 5,1 5,2 «Hydroelectric Power». Water Encyclopedia.
  6. Association for Industrial Archaeology. Oxford University Press. Industrial archaeology review, Volumes 10-11, 1987, p. 187. 
  7. «Hydroelectric power - energy from falling water». Clara.net.
  8. «Boulder Canyon Project Act», 21-12-1928. Arxivat de l'original el 13 de juny de 2011.
  9. «The Evolution of the Flood Control Act of 1936, Joseph L. Arnold, United States Army Corps of Engineers, 1988». Arxivat de l'original el 23 d'agost de 2007. [Consulta: 12 desembre 2018].
  10. The Book of Knowledge. Vol. 9. 1945. 
  11. «Hoover Dam and Lake Mead». U.S. Bureau of Reclamation.
  12. «Copia arxivada». Arxivat de l'original el 29 de març de 2017. [Consulta: 12 desembre 2018].
  13. «hydro electricity - explained».
  14. «Pumped Storage, Explained». Arxivat de l'original el 31 de desembre de 2012. [Consulta: 12 desembre 2018].
  15. «Run-of-the-River Hydropower Goes With the Flow».
  16. «Energy Resources: Tidal power».
  17. Pope, Gregory T. The seven wonders of the modern world, Desembre de 1995, p. 48–56. 
  18. Renewables Global Status Report 2006 Update Arxivat 2011-07-18 a Wayback Machine. REN21, published 2006
  19. Renewables Global Status Report 2009 Update , REN21, published 2009
  20. «Micro Hydro in the fight against poverty». Tve.org. Arxivat de l'original el 26 d'abril de 2012. [Consulta: 22 juliol 2012].
  21. «Pico Hydro Power». T4cd.org. Arxivat de l'original el 31 de juliol de 2009. [Consulta: 16 juliol 2010].
  22. Robert A. Huggins «Energy Storage». 1 de setembre de 2010. Springer, pàg. 60.
  23. Herbert Susskind; Chad J. Raseman Brookhaven National Laboratory. Combined Hydroelectric Pumped Storage and Nuclear Power Generation, 1970, p. 15. 
  24. 24,0 24,1 Bent Sørensen. Academic Press. Renewable Energy: Its Physics, Engineering, Use, Environmental Impacts, Economy, and Planning Aspects, 2004, p. 556?. ISBN 978-0-12-656153-1. 
  25. Geological Survey (U.S.). U.S. Government Printing Office. Geological Survey Professional Paper, 1980, p. 10. 
  26. «Hydropower – A Way of Becoming Independent of Fossil Energy?». Arxivat de l'original el 28 de maig de 2008. [Consulta: 12 desembre 2018].
  27. «Beyond Three Gorges in China». Waterpowermagazine.com, 10-01-2007. Arxivat de l'original el 14 de juny de 2011.
  28. (http://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=2406852), Should We Build More Large Dams? The Actual Costs of Hydropower Megaproject Development, Energy Policy, March 2014, pàg. 1-14
  29. Lifecycle greenhouse gas emissions pg19
  30. «Copia arxivada». Arxivat de l'original el 30 de gener de 2019. [Consulta: 12 desembre 2018].
  31. Rabl A. et al. «Final Technical Report, Version 2». Externalities of Energy: Extension of Accounting Framework and Policy Applications. European Commission, Agost 2005. Arxivat de l'original el 7 de març de 2012.
  32. 32,0 32,1 «External costs of electricity systems (graph format)». ExternE-Pol. Technology Assessment / GaBE (Paul Scherrer Institut), 2005. Arxivat de l'original el 1 de novembre de 2013.
  33. Wehrli, Bernhard «Climate science: Renewable but not carbon-free». Nature Geoscience, 4, 9, 01-09-2011, pàg. 585–586. DOI: 10.1038/ngeo1226.
  34. Atkins, William «Hydroelectric Power». Water: Science and Issues, 2, 2003, pàg. 187-191.
  35. 35,0 35,1 Robbins, Paul «Hydropower». Encyclopedia of Environment and Society, 3, 2007.
  36. «Sedimentation Problems with Dams». Internationalrivers.org. Arxivat de l'original el 2010-10-01. [Consulta: 16 juliol 2010].
  37. John Macknick and others, A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies, National Renewable Energy Laboratory, Technical Report NREL/TP-6A20-50900.
  38. Patrick James, H Chansen. «Teaching Case Studies in Reservoir Siltation and Catchment Erosion». Great Britain: TEMPUS Publications, 1998. Arxivat de l'original el 2 de setembre de 2009.
  39. Șentürk, Fuat. Water Resources Publications. Hydraulics of dams and reservoirs. reference., 1994, p. 375. ISBN 0-918334-80-2. 
  40. 40,0 40,1 40,2 Frauke Urban and Tom Mitchell 2011. Climate change, disasters and electricity generation Arxivat 2012-09-20 a Wayback Machine.. Londres: Overseas Development Institute i Institute of Development Studies
  41. «WCD Findal Report». Dams.org, 16-11-2000. Arxivat de l'original el 21 d'agost de 2013.
  42. «Hydroelectric power's dirty secret revealed». Newscientist.com. Arxivat de l'original el 2008-05-18. [Consulta: 1r desembre 2021].
  43. «"Rediscovered" Wood & The Triton Sawfish». Inhabitat, 16-11-2006.
  44. «Briefing of World Commission on Dams». Internationalrivers.org, 29-02-2008. Arxivat de l'original el 2008-09-13. [Consulta: 1r desembre 2021].
  45. http://ecolo.org/documents/documents_in_french/malpasset/malpasset.htm retrieved 02sep2015
  46. 46,0 46,1 Toccoa Flood USGS Historical Site, retrieved 02sep2009
  47. Lawson, Michael L. (1982). Dammed Indians: the Pick-Sloan Plan and the Missouri River Sioux, 1944?1980. Norman: University of Oklahoma Press.
  48. https://www.sintef.no/en/latest-news/norway-is-europes-cheapest-battery/
  49. http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report_REN21.pdf
  50. 50,0 50,1 «Binge and purge». The Economist, 22-01-2009 [Consulta: 30 gener 2009]. «98-99% of Norway?s electricity menges from hydroelectric plants.»
  51. Consumption Bp.com[Enllaç no actiu]
  52. «2015 Key World Energy Statistics» (PDF). report. International Energy Agency (IEA). [Consulta: 1r juny 2016].
  53. «Indicators 2009, National Electric Power Industry». Chinese Government. Arxivat de l'original el 21 d'agost de 2010. [Consulta: 18 juliol 2010].
  54. «RENEWABLE CAPACITY STATISTICS 2021 page 17». [Consulta: 24 maig 2021].
  55. «Belo Monte hydroelectric dam construction work begins». Guardian UK, 10-03-2011. [Consulta: 2 abril 2011].
  56. «Belo Monte dam construction halted by Brazilian court». Guardian UK, 16-08-2012. [Consulta: 24 agost 2012].
  57. «Upper Siang project likely to be relocated on Chinese concerns». Thehindubusinessline.com, 24-03-2006. Arxivat de l'original el 18 d'agost de 2010. [Consulta: 22 juliol 2012].
  58. «Brazil Sends Forces to Jirau Dam After Riots». Wall Street Journal, 18-03-2011. [Consulta: 2 abril 2011].
  59. «二滩水电开发有限责任公司». Ehdc.com.cn, 25-04-2009. Arxivat de l'original el 18 d'octubre de 2012. [Consulta: 22 juliol 2012].
  60. «Archived copy». Arxivat de l'original el 7 de juliol de 2011. [Consulta: 12 desembre 2008].
  61. «陆良县人口和计划生育局». Zt.xxgk.yn.gov.cn. Arxivat de l'original el 17 de juliol de 2012. [Consulta: 22 juliol 2012].
  62. Staff. «Caroní River Watershed Management Plan» (PDF). Inter-America Development Bank, 2004. Arxivat de l'original el 28 d'octubre de 2008. [Consulta: 25 octubre 2008].
  63. «Cjwsjy.com.cn». Arxivat de l'original el 29 de juny de 2010. [Consulta: 11 desembre 2018].

Enllaços externsModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Energia hidroelèctrica