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 hídricas, 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 presas y, por lo tanto, a una menor cantidad de agua que puede pasar a través de turbinas o correr de las plantas fluviales para generar electricidad. Por el contrario, el cambio climático puede aumentar la frecuencia e 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 amenaza grave en la mayoría de las regiones, excepto en el norte de Europa, y lo que ahora son inundaciones una vez en un siglo será más frecuente en todas las principales cuencas hidrográficas europeas (EEE, 2016). Sin embargo, ambos fenómenos pueden ocurrir en toda Europa, con frecuencias cambiantes en un clima cambiante.

Esta variabilidad de los cambios hidrometeorológicos esperados en toda Europa es la justificación de la primera opción de adaptación que se discute aquí. En una perspectiva de adaptación al cambio climático, es crucial para los servicios públicos que operan plantas hidroeléctricas obtener una comprensión detallada de las condiciones futuras en las que cada planta operará. El cambio climático dará lugar a variaciones estacionales del círculo del agua, con períodos de sequía más largos durante los cuales el agua será más escasa de lo habitual, la descongelación más temprana de la nieve en las laderas de las montañas en los manantiales y, por lo tanto, la aparición más temprana de grandes flujos de agua de fusión, así como el derretimiento acelerado de los glaciares, lo que resultará en 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 de funcionamiento del río, al causar un desajuste entre la generación de electricidad y la demanda.

Todos estos fenómenos requerirán una revisión exhaustiva en la planificación de la operación de las centrales hidroeléctricas, el mantenimiento y, posiblemente, las intervenciones de ingeniería a prueba del clima. Además, los escenarios precisos serán clave para encontrar soluciones compartidas para usos competitivos durante períodos de escasez de agua, ayudando a medir las necesidades reales y el calendario probable de las demandas de los distintos usuarios además de los servicios eléctricos: agricultores, pesca, uso residencial, transporte acuático, recreación, etc. Por lo tanto, una primera opción de adaptación es la creación de escenarios climáticos e hidrometeorológicos de alta resolución para cada represa y para la cuenca hidrográfica a la que pertenecen, de manera que puedan ser fácilmente accesibles y comprendidos por la gestión de los servicios eléctricos 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 las infraestructuras puede estar en orden. Este es particularmente el caso cuando se espera una mayor ocurrencia de eventos de precipitación extrema, lo que resulta en una mayor ocurrencia de inundaciones en sitios de presas. Los efectos adversos de las inundaciones de las presas incluyen sobrepasos, apagones, daños a los equipos e impactos adversos aguas abajo. La abundancia repentina de agua debido a las inundaciones debe descargarse de forma segura para minimizar los daños a la planta y a los ecosistemas aguas abajo, así como a las infraestructuras y actividades humanas. Los eventos de precipitación extrema también pueden desencadenar impactos hidrometeorológicos como deslizamientos de tierra o silting excesivo, lo que puede reducir el volumen disponible para el agua dentro de un depósito 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 se pueden agrupar básicamente en vertederos, sistemas cerrados y enchufes de fusibles.

Los derrames pueden tener varias formas de diseño destinadas a disipar de forma segura 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 puede ser acoplada con puertas que desvían el flujo de agua hacia el derrame. Las formas de diseño incluyen conductos de canaletas, desbordes escalonados, vertientes de boca de campana, conductos de sifón, crestas de ogee, canales laterales, conductos de laberinto y cantos de piano-clave (PKW). Las características técnicas de una presa y de la orografía e hidrología del área circundante determinan la compatibilidad de tipos específicos de derrames con la presa: esto implica que no todos los sistemas de derrames 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 derrames de la boca de la campana que se pueden abrir para controlar el nivel del agua del embalse y, en particular, para liberar el exceso de volumen de agua aguas abajo en caso de inundación. Una vez más, pueden ser acoplados con derrames para disipar con seguridad la energía cinética del agua descargada. Están en su lugar en muchas represas existentes para la gestión de flujos. Los sistemas cerrados pueden fallar en casos de saturación debido a inundaciones excesivas.

Los tapones de fusible 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 ser sostenidos si la presa principal fuera dañada. Solo pueden instalarse en presencia de características geográficas y geológicas adecuadas del emplazamiento y de condiciones posteriores compatibles (por ejemplo, un sillín a una distancia razonable de la presa principal a lo largo del borde del embalse para descargar el exceso de agua; una base sólida de roca para el enchufe con el fin de soportar la erosión; un canal para desviar con seguridad el desbordamiento del enchufe al río principal con el fin de proteger las estructuras aguas abajo).

Por lo general, la instalación de vertientes y sistemas de compuerta 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 y los sistemas PKW. Un estudio de caso Climate-ADAPT sobre la gestión del riesgo de inundación para las centrales hidroeléctricas francesas analiza los pros y los contras de los PKW. PKWS tiene algunas ventajas claras en comparación con los derrames tradicionales y los sistemas cerrados, como la viabilidad de la instalación como readaptaciones dentro de las presas existentes y el hecho de que proporcionan un derrame de flujo libre sin estar restringidos por límites máximos de capacidad, pudiendo así hacer frente a altos niveles de flujo y trabajar 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 represas 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 lo suficientemente largo como 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.

Categorías del IPCC

Estructural y físico: Opciones de ingeniería y entorno construido, Estructural y físico: Opciones tecnológicas

Participación de partes interesadas

En el caso de los servicios climáticos, lo que importa es la participación de los usuarios potenciales pertinentes en el proceso de codiseño 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 relevantes de la cuenca fluvial, el proceso de diseño conjunto conducirá a una interacción entre los representantes de todas las categorías de usuarios relevantes. Por supuesto, la revisión real de las actividades planificadas a la luz de los efectos esperados del cambio climático tendrá que ser lo más inclusiva posible para minimizar con éxito los conflictos futuros.

La construcción de nuevas infraestructuras, en particular las ampliaciones de las 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.

Factores de éxito y limitantes

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

La adaptación de las infraestructuras está limitada en la mayoría de los casos por el hecho de que la mayoría de los sistemas de vigas y puertas solo pueden construirse junto con la presa y, por lo tanto, son una opción válida solo para futuros proyectos hidroeléctricos. La excepción principal es el sistema PKW, cuya flexibilidad y costes relativamente bajos han sido discutidos en un estudio de caso francés relacionado, junto con sus limitaciones (reportadamente menores).

Costes y beneficios

Los servicios climáticos para la energía hidroeléctrica son generalmente bastante baratos en comparación con las inversiones en infraestructura. En algunos casos, los datos pertinentes pueden obtenerse de proyectos no emprendidos directamente por las empresas de servicios públicos que explotan las instalaciones, por ejemplo, de proyectos de investigación a escala de la UE que pueden proporcionar (casi) libre acceso 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 sea de entre decenas y cien mil euros. Los beneficios de los servicios climáticos se reducen a minimizar la exposición al riesgo futuro y los conflictos con otros usuarios de agua, y a optimizar el perfil de generación de energía en vista de los cambios esperados en los perfiles de disponibilidad de agua.

La instalación de infraestructuras para controlar el exceso de flujo de agua puede costar desde varios cientos de miles de euros (200,000 para PKW, como se informó en el estudio de caso francés) a 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 previstos a la infraestructura de la central 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 adaptación puede provocar un funcionamiento más suave de la planta, lo que puede aumentar la rentabilidad. Cuando la instalación de estas infraestructuras conduce a mayores volúmenes medios de agua almacenados en el embalse, esto podría resultar en una mayor producción de electricidad si las condiciones del mercado lo permiten, pero también en un mayor papel para el embalse como un amortiguador que puede mejorar la resiliencia de toda la cuenca fluvial.

Aspectos legales

Los únicos aspectos legales 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 del río, y por supuesto la construcción de represas más grandes. Estos proyectos están sujetos a la normativa nacional para permitir nuevas infraestructuras.

Tiempo de implementación

Algunos servicios climáticos también relevantes para la planificación y gestión de centrales hidroeléctricas ya están disponibles en Copernicus. Los contratos de consultoría ad hoc de 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 unos años para construir represas más grandes.

Tiempo de vida

La vida útil de los servicios climáticos depende de actualizar y mantener constantemente las interfaces de usuario, bases de datos y modelos. Para las reformas de infraestructura, no hay una indicación clara, pero si se mantiene adecuadamente se puede suponer que durarán tanto como la vida residual de la presa (generalmente varias décadas). Se supone que los enchufes de fusibles deben ser lavados en grandes eventos de inundación, y su reconstrucción periódica debe considerarse en la planificación de la infraestructura hidroeléctrica a la que pertenecen. La expectativa de vida de las nuevas represas es en promedio de 50 años, pero pueden durar hasta un siglo, aunque con el aumento de los costos de mantenimiento y los riesgos de estabilidad estructural después de 50 años.

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Referencias: