Opciones de adaptación para centrales hidroeléctricas

La generación de energía hidroeléctrica depende, por definición, de la disponibilidad de agua y, por lo tanto, se ve afectada por los impactos del cambio climático en las cuencas hidrográficas, principalmente a través de dos vías (opuestas). El cambio climático puede resultar en escasez de agua, lo que lleva a menores flujos fluviales y una menor acumulación de agua en las presas, y por lo tanto a una menor cantidad de agua que puede pasar a través de turbinas o el funcionamiento de las plantas fluviales para generar electricidad. Por el contrario, el cambio climático puede aumentar la frecuencia y la intensidad de los eventos de precipitación extrema y acelerar el deshielo, lo que lleva a un mayor riesgo de inundación. Algunos lugares de la UE serán más propensos a los problemas de escasez de agua y otros a la abundancia repentina de agua: por lo general, se espera que las sequías sean una grave amenaza en la mayoría de las regiones, excepto en el norte de Europa, y lo que ahora son inundaciones únicas en un siglo serán más frecuentes en todas las principales cuencas fluviales europeas (AEMA, 2016). Sin embargo, ambos fenómenos pueden ocurrir en toda Europa, con frecuencias cambiantes en un clima cambiante.

Esta variabilidad de los cambios hidrometeorológicos previstos en toda Europa es la razón de ser de la primera opción de adaptación que se analiza aquí. En una perspectiva de adaptación al cambio climático, es crucial para las empresas de servicios públicos que operan plantas hidroeléctricas obtener una comprensión detallada de las condiciones futuras en las que operará cada planta. El cambio climático dará lugar a una variación estacional del círculo de agua, con períodos secos más largos durante los cuales el agua será más escasa de lo habitual, un deshielo más temprano de la nieve en las laderas de las montañas en los manantiales y, por lo tanto, una aparición más temprana de grandes afluencias de agua derretida, así como un derretimiento acelerado de los glaciares que dará lugar a un aumento inicial de la disponibilidad de agua seguido de un empeoramiento de la disponibilidad de agua. En ausencia de infraestructuras de control de flujo aguas arriba, los flujos de primavera tempranos y más abundantes pueden ser problemáticos para las plantas en funcionamiento, al causar un desajuste entre la generación de electricidad y la demanda.

Todos estos fenómenos requerirán una revisión exhaustiva de la planificación del funcionamiento, el mantenimiento y, posiblemente, las intervenciones de ingeniería de protección contra el cambio climático de las centrales hidroeléctricas. Además, los escenarios precisos serán clave para encontrar soluciones compartidas para usos competitivos durante los períodos de escasez de agua, ayudando a medir las necesidades reales y el momento probable de las demandas de los diversos usuarios junto con las empresas eléctricas: agricultores, pesca, uso residencial, transporte acuático, recreación, etc. Por lo tanto, una primera opción de adaptación es establecer escenarios climáticos e hidrometeorológicos de alta resolución para cada presa y para la cuenca hidrográfica a la que pertenecen, de manera que puedan ser fácilmente accesibles y comprendidos por la gestión de las empresas eléctricas y por todos los demás usuarios dentro de la cuenca. Con este fin, se pueden diseñar servicios climáticos específicos para proporcionar proyecciones precisas de los indicadores pertinentes en un formato accesible.

En algunos casos, las condiciones climáticas proyectadas pueden sugerir que una revisión de las actividades planificadas puede no ser suficiente y que la adaptación de la infraestructura puede estar en orden. Este es particularmente el caso cuando se espera un aumento de la ocurrencia de eventos de precipitación extrema, lo que resulta en un aumento de la ocurrencia de inundaciones en los sitios de la presa. Los efectos adversos de las inundaciones de las presas incluyen sobrecargas, cortes, daños a los equipos e impactos adversos aguas abajo. La repentina abundancia de agua debida a las inundaciones debe descargarse de forma segura para minimizar los daños a la planta y a los ecosistemas e infraestructuras y actividades humanas aguas abajo. Los eventos de precipitación extrema también pueden desencadenar impactos hidrometeorológicos como deslizamientos de tierra o sedimentación excesiva, lo que puede reducir el volumen disponible para el agua dentro de un depósito y / o obstruir el sistema de descarga de agua.

Hay una serie de opciones de ingeniería que se pueden aplicar para gestionar los derrames de presas, que básicamente se pueden agrupar en vertederos, sistemas cerrados y enchufes de fusibles.

Los derrames pueden tener varias formas de diseño destinadas a disipar con seguridad la energía del agua descargada al tiempo que garantizan los volúmenes de salida deseados. Pueden funcionar automáticamente cuando el agua en la presa alcanza un nivel determinado o se pueden acoplar con puertas que desvían el flujo de agua hacia el vertedero. Las formas de diseño incluyen aliviaderos de tobogán, aliviaderos escalonados, aliviaderos de boca de campana, aliviaderos de sifón, crestas de ogee, canales laterales, aliviaderos de laberinto y vertederos de teclas de piano (PKW). Las características técnicas de una presa y de la orografía e hidrología del área circundante determinan la compatibilidad de tipos específicos de vertederos con la presa: esto implica que no todos los sistemas de vertederos son compatibles con todas las presas.

Los sistemas cerrados son una serie de puertas instaladas a lo largo de la pared de la presa o alrededor de los vertederos de boca de campana que pueden abrirse para gestionar el nivel de agua del embalse y, en particular, para liberar el exceso de volumen de agua aguas abajo en caso de inundación. Una vez más, se pueden acoplar con vertederos para disipar de manera segura la energía cinética del agua descargada. Están en su lugar en muchas presas existentes para la gestión del flujo. Los sistemas cerrados pueden fallar en casos de saturación debido a inundaciones excesivas.

Los tapones de fusibles son secciones erosionables de una presa de tierra que están diseñadas para lavarse en condiciones de inundación predeterminadas. Básicamente actúan como amortiguadores que absorben y ralentizan el desbordamiento y pueden ser sacrificados porque el costo de reconstruirlos es solo una pequeña fracción de los costos que tendrían que sostenerse si la presa principal fuera dañada. Solo pueden instalarse en presencia de características geográficas y geológicas adecuadas del sitio y de condiciones aguas abajo compatibles (por ejemplo, una silla de montar a una distancia razonable de la presa principal a lo largo del borde del depósito para descargar el exceso de agua; una base de roca sólida para el tapón con el fin de resistir la erosión; un canal para desviar con seguridad el desbordamiento del tapón al río principal con el fin de proteger las estructuras aguas abajo).

Por lo general, la instalación de vertederos y sistemas de compuertas solo puede tener lugar durante la fase de construcción de la presa, por lo que la adaptación generalmente no es una opción. Esto no se aplica a los enchufes de fusibles ni a los sistemas PKW. Un estudio de caso de Climate-ADAPT sobre la gestión del riesgo de inundación para las centrales hidroeléctricas francesas analiza los pros y los contras de los PKW. Los PKW tienen algunas ventajas claras en comparación con los vertidos tradicionales y los sistemas cerrados, como la viabilidad de la instalación como retroadaptación dentro de las presas existentes y el hecho de que proporcionan un vertido de flujo libre sin estar limitados por los límites máximos de capacidad, pudiendo así hacer frente a altos niveles de flujo y trabajando en condiciones más seguras que los sistemas cerrados, y de una manera completamente automática que no requiere intervención humana.

Una opción de adaptación infraestructural extrema es la expansión de la capacidad de la planta mediante la construcción de presas más grandes. Esto puede tener sentido en circunstancias particulares en las que se espera que se produzca un gran aumento de la escorrentía de agua en un futuro próximo y el tiempo suficiente para permitir la recuperación de los costes de inversión. Este puede ser el caso cuando se espera el derretimiento de grandes glaciares, como en un estudio de caso de Islandia. Sin embargo, la aplicabilidad de esta opción a la UE es probablemente muy limitada debido a las muy diferentes condiciones hidrometeorológicas y glaciológicas.

En el caso de los servicios climáticos, lo que importa es la participación de los usuarios potenciales pertinentes en el proceso de diseño conjunto de los servicios. Por lo tanto, depende de cómo se pretende el servicio: si se considera una herramienta de planificación para fines estrictos de generación de energía hidroeléctrica, la participación de las partes interesadas puede no ser un factor importante. Sin embargo, si se adopta una perspectiva más amplia y el servicio está diseñado para servir a todos los usuarios pertinentes de la cuenca hidrográfica, el proceso de diseño conjunto dará lugar a una interacción entre representantes de todas las categorías de usuarios pertinentes. Por supuesto, la revisión real de las actividades planificadas a la luz de los impactos esperados del cambio climático deberá ser lo más inclusiva posible para minimizar con éxito los conflictos futuros.

La construcción de nuevas infraestructuras, en particular las ampliaciones de presas, requiere la participación de todos los usuarios de las cuencas hidrográficas y que se llegue a un acuerdo entre ellos sobre los derechos de uso del agua y las compensaciones.

Las ventajas de proporcionar indicadores claros y listos para usar para la planificación del uso del agua son bastante evidentes, ya que una planificación eficiente solo puede basarse en información precisa y bien entendida. La cuestión principal aquí es común a todos los servicios climáticos; tiene que ver con la dificultad intrínseca en, por un lado, identificar la información científica de vanguardia realmente relevante para las actividades de los usuarios y, por otro lado, empaquetar dicha información de tal manera que el formato y el lenguaje utilizado para presentarla no sean técnicos y sean lo suficientemente accesibles para los usuarios que no estén familiarizados con las disciplinas científicas aplicadas. Para ello, la fase de codiseño es crucial.

La adaptación infraestructural está limitada en la mayoría de los casos por el hecho de que la mayoría de los sistemas de vertederos y compuertas solo pueden construirse junto con la presa y, por lo tanto, son una opción válida solo para futuros proyectos de energía hidroeléctrica. La principal excepción es el sistema PKW, cuya flexibilidad y costes relativamente bajos se han debatido en un estudio de caso francés conexo, junto con sus limitaciones (supuestamente menores).

Los servicios climáticos para la energía hidroeléctrica son generalmente bastante baratos en comparación con las inversiones en infraestructuras. En algunos casos, los datos pertinentes pueden obtenerse de proyectos no emprendidos directamente por las empresas de servicios públicos que explotan las centrales, por ejemplo, de proyectos de investigación a escala de la UE que pueden proporcionar (casi) acceso gratuito a todos los usuarios pertinentes de la UE. Las empresas de consultoría pueden proporcionar paquetes más personalizados a precios de mercado, pero se puede esperar que el rango de precios de dichos contratos esté entre decenas y cientos de miles de euros. Los beneficios de los servicios climáticos se reducen a minimizar la exposición futura al riesgo y los conflictos con otros usuarios del agua, y optimizar el perfil de generación de energía en vista de los cambios esperados en los perfiles de disponibilidad de agua.

La modernización de las infraestructuras para controlar el exceso de flujo de agua puede costar desde varios cientos de miles de euros (200 000 para PKW, como se indica en el estudio de caso francés) hasta varios millones de euros, dependiendo de las características específicas de la presa, en términos de ubicación, estructura y flujo de agua. Los principales beneficios son claramente la reducción de los daños esperados a la infraestructura de la planta hidroeléctrica y a las infraestructuras y ecosistemas aguas abajo, pero también una mayor capacidad para gestionar los niveles de agua dentro del embalse; por lo tanto, la modernización puede provocar un funcionamiento más suave de la planta, lo que puede aumentar la rentabilidad. Cuando la instalación de tales infraestructuras da lugar a mayores volúmenes medios de agua almacenados en el embalse, esto podría dar lugar a una mayor producción de electricidad si las condiciones del mercado lo permiten, pero también a un mayor papel del embalse como amortiguador que puede mejorar la resiliencia de toda la cuenca hidrográfica.

Los únicos aspectos jurídicos potencialmente relevantes son los relacionados con el proceso de autorización de nuevas infraestructuras, como las nuevas infraestructuras de descarga de agua que ocupan partes previamente prístinas de la cuenca hidrográfica y, por supuesto, la construcción de presas más grandes. Estos proyectos están sujetos a la normativa nacional para la autorización de nuevas infraestructuras.

Algunos servicios climáticos también pertinentes para la planificación y gestión de centrales hidroeléctricas ya están disponibles en Copernicus. Los contratos de consultoría ad hoc por intermediarios pueden proporcionar indicadores climáticos relevantes en pocos meses. Para las infraestructuras de control de inundaciones, los tiempos de construcción dependen de las características específicas de la presa y pueden variar entre pocos meses y pocos años. Se requieren algunos años para construir presas más grandes.

La vida útil de los servicios climáticos depende de la actualización y el mantenimiento constantes de las interfaces de usuario, las bases de datos y los modelos. Para las renovaciones de infraestructuras, no hay una indicación clara, pero si se mantienen adecuadamente, se puede suponer que durarán tanto como la vida residual de la presa (generalmente varias décadas). Por su diseño, se supone que los tapones de fusibles deben eliminarse en los principales eventos de inundación, y su reconstrucción periódica debe tenerse en cuenta en la planificación de la infraestructura hidroeléctrica a la que pertenecen. Las expectativas de vida útil de las nuevas presas son, por término medio, de 50 años, pero pueden durar hasta un siglo, aunque al cabo de 50 años aumentan los costes de mantenimiento y los riesgos para la estabilidad estructural.