Caso de estudio: Ubicación potencial de plantas hidroeléctricas de pasada en la cuenca del río Taw, Inglaterra
La constante demanda de fuentes de energía renovables, ambiental y económicamente sostenibles, ha impulsado el desarrollo de centrales hidroeléctricas de pasada o de paso (CHP), debido a que aprovechan la energía de los caudales de los ríos, cuya energía cinética mueve la turbina que gira en torno a un eje conectado a un generador eléctrico, produciendo energía eléctrica, la cual es inyectada a una red eléctrica. La producción de energía de estas plantas pequeñas depende de las fluctuaciones del caudal del río donde se ubican, es por ello que se requieren estudios preliminares para evaluar su viabilidad técnica y económica. En este contexto, la identificación de la ubicación óptima de potenciales CHP se ha convertido en un tema clave.
La instalación de varias CHP a lo largo de un mismo cauce requiere una planificación más precisa, con el fin de limitar las implicaciones de la toma de agua sobre las características hidrológicas y ecológicas del río. La desviación del agua puede afectar el régimen del río, pudiendo tener consecuencias en las condiciones del hábitat río abajo para la biodiversidad fluvial. Sin embargo, los problemas de impacto ambiental, como los relacionados con la oxigenación del agua y la erosión aguas abajo, pueden mitigarse mediante el uso de técnicas de diseño adecuadas.
El procedimiento aplicado para la identificación preliminar de los lugares más adecuados para la instalación de las CHP en este caso es un valioso apoyo para los gestores hídricos en la toma de decisiones ya que logra la integración de aspectos-modelos-simulaciones hidrológicos, ambientales y económicos.
El área de estudio del presente caso es la cuenca del Río Taw, ubicada al suroeste de Inglaterra (figura 1), comprende 830 km2, con un clima Oceánico, caracterizado por veranos más cálidos e inviernos fríos, cuya precipitación media anual es 1300 mm (distribuidas uniformemente durante todo el año), y temperatura media anual es de 10 ° C. El 60% de la cuenca está cubierta por pastizales, el 22% por cultivos agrícolas, 16% por bosques y el 2% por áreas urbanas.
Figura 1. Modelo de elevación digital (DEM) de la cuenca del río Taw (líneas) hasta la estación de control de caudales Umberleigh; y ubicación de las estaciones meteorológicas (puntos) y medidores de caudal del río (triángulos). Fuente: Sammartano et al, 2019.
Para la construcción del modelo hidrológico fue necesario la siguiente información: a) un mapa del relieve, b) mapas de uso y tipos de suelos, c) un mapa de la red hidrográfica, d) información climática concerniente a precipitación, temperatura, humedad relativa, radiación solar y velocidad de viento y e) descarga de cuatro estaciones, incluyendo a la estación Umberleigh que se encuentra en la salida de la captación de la cuenca. El período de calibración del modelo es del 2000 al 2006 y el periodo de validación es del 2007 al 2013. La calibración y la validación se realizaron a escala diaria y la simulación a escala mensual.
En este caso se procedió con los siguientes pasos (figura 2):
Paso 1. Fueron seleccionados posibles ubicaciones de las CHP mediante el uso del mapa de relieve y la herramienta del SIG (Sistema de Información Geográfica), considerando segmentos del río, el punto de desviación de agua del río y puntos de retorno de agua al río. Asimismo, se estimó la cantidad de energía que genera las CHP en cada una de estas ubicaciones. La aplicación de la herramienta del SIG permitió detectar 2.189 ubicaciones a lo largo de la red fluvial.
Paso 2. Se construyo un modelo hidrológico en cada una de las posibles ubicaciones de las CHP y se realizó el análisis de sensibilidad para identificar los parámetros que son más influyentes en la respuesta del caudal. Según los resultados del análisis de sensibilidad, los parámetros más sensibles del modelo son el factor de compensación de la evaporación del suelo, el umbral de profundidad del agua en el acuífero superficial para que ocurra la recarga en el acuífero profundo y el tiempo de ingreso del agua al acuífero. El modelo hidrológico fue calibrado y validado con la serie de caudales en la salida de Umberleigh. Luego el modelo calibrado fue aplicado para estimar el caudal del río en varios puntos de la red fluvial; así se obtuvo una estimación confiable de los caudales diarios a lo largo de la red fluvial con el fin de confeccionar la curva de duración de caudales, la cual es necesaria en el diseño de CHP, porque permite estimar el caudal del río correspondiente a diferentes grados de confiabilidad. En este caso, fueron considerandos los valores de flujo del río de confiabilidad del 50% y del 75%. La aplicación de la herramienta del SIG, más las consideraciones hidrológicas, permitieron detectar 1.463 ubicaciones a lo largo de la red fluvial.
Paso 3. Se consideraron cuatro umbrales de potencia diferentes: 20 kW <P ≤ 50 kW, 50 kW <P ≤ 100 kW, 100 kW <P ≤ 200 kW y P > 200 kW.
Paso 4. Con la finalidad de no incluir los puntos ubicados en áreas que tienen limitaciones ambientales (es decir, lugares de alta sensibilidad ambiental, como áreas protegidas o áreas de especies protegidas), se creo una capa de exclusión con el uso de herramienta del SIG mediante la intersección de los mapas de los hábitats prioritarios del río, de parques nacionales de Inglaterra y de sitios de especial interés científico. La aplicación de la herramienta del SIG, más las consideraciones hidrológicas y ambientales, permitieron detectar 1.169 ubicaciones a lo largo de la red fluvial.
Paso 5. Se evaluó la viabilidad económica de las ubicaciones obtenidas en el análisis ambiental mediante la estimación del costo del equipo electromecánico incluyendo el costo de la planta, los costes de mantenimiento, así como la recuperación económica (EP) de la turbina y el generador, en años, y en función también del costo de la producción total de energía anual y el ingreso anual de las tarifas de suministro de energía. La aplicación de la herramienta del SIG, más las consideraciones hidrológicas, ambientales y económicas, permitieron detectar 83 (al 50% de confidencialidad) y 48 (al 75% de confidencialidad) ubicaciones a lo largo de la red fluvial.
Figura 2. Diagrama de flujo del procedimiento propuesto para las ubicaciones potenciales de centrales hidroelectricas de pasada a lo largo de una red fluvial. Fuente: Sammartano et al, 2019 (contenido) y elaboración propia (diagrama).
Cualitativa y cuantitativamente, el rango de 2,2% al 3,7% de las ubicaciones determinadas únicamente por el relieve considera los criterios hidrológicos, ambientales y económicos, logrando una determinada sostenibilidad.
El procedimiento propuesto para este caso, es un valioso apoyo para los planificadores, gestores de recursos y autoridades en la identificación preliminar de las ubicaciones más adecuadas para instalar las CHP en las cuencas. Asimismo, la evaluación de la recuperación económica permite seleccionar las ubicaciones de las CHP para las que la inversión económica es más asequible. Sin embargo, para cada caso es inevitable un levantamiento in situ ya que la viabilidad de cada CHP debe ser confirmada por datos recopilados en el campo. De hecho, las características topográficas, hidrológicas y ambientales de cada ubicación son únicas, por lo que la instalación de cada CHP puede requerir diferentes soluciones técnicas.
Para saber más de este tema:
Ecovive.com (2016). Esquema de central hidroeléctrica de pasada (consulta: 10 de Enero del 2020).
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