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5.3.5: Energía hidroeléctrica - Biología

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Energía hidroeléctrica (energía hidroeléctrica) se refiere a la energía en el agua en movimiento, que se puede utilizar para generar electricidad. En última instancia, es impulsado por energía solar. El agua a grandes alturas se repone a través de la evaporación (inducida por el calor solar), la condensación y la precipitación. El agua en movimiento hace girar una turbina (figura ( PageIndex {a} )) y esto mueve imanes dentro de una bobina de alambre, provocando el movimiento de electrones en un generador. El resultado es una corriente eléctrica (electricidad). La combustión de combustibles fósiles o biocombustibles, la energía nuclear, la energía eólica y los sistemas solares térmicos siguen este mismo mecanismo general; la diferencia es lo que hace que la turbina gire.

Figura ( PageIndex {a} ): Una turbina de agua. El agua en movimiento hace girar las palas de la turbina. Esto hace que los imanes en el rotor giren y muevan electrones dentro de los bucles de alambre en el estator, generando una corriente eléctrica. Imagen del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. (Dominio público).

Hay varios tipos de energía hidroeléctrica, pero cada uno genera electricidad a través del mismo mecanismo general descrito anteriormente. El uso más conocido de la energía hidroeléctrica se refiere a las represas. Presas bloquear el flujo de los ríos, produciendo un lago artificial (embalse) aguas arriba. Luego se controla la liberación de agua. Parte de esta agua se mueve a través de un canal (compuerta) y esta energía cinética (energía de movimiento) se aprovecha en electricidad (figura ( PageIndex {b} )). En hidroelectricidad de pasada, la turbina se coloca directamente en un río y el flujo natural de agua a través del río hace girar la turbina. Energía de las mareas y energía de las olas del océano (figure ( PageIndex {c} )) también se consideran formas de energía hidroeléctrica. Sin embargo, la energía de las mareas surge de la atracción gravitacional de la luna y el sol más distante en los océanos de la tierra, combinada con la rotación de la tierra. En otras palabras, la mayoría de las formas de energía hidroeléctrica son formas indirectas de energía solar, con la excepción de la energía de las mareas.

Figura ( PageIndex {b} ): Una sección de una presa hidroeléctrica. El agua del embalse se libera a través de la compuerta, que hace girar una turbina. Esto alimenta el generador en la casa de máquinas. El agua continúa río abajo. Mientras tanto, la electricidad se distribuye a través de líneas eléctricas de larga distancia. Imagen de la Autoridad del Valle de Tennessee (dominio público).

Figura ( PageIndex {c} ): Una forma de aprovechar la energía de las olas es con un absorbedor. Los absorbedores extraen energía del ascenso y descenso de las olas con una boya. Imagen y pie de foto de OpenEI (dominio público).

Los proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas ofrecen soluciones de energía para muchas comunidades remotas en todo el mundo, como las de Nepal, India, China y Perú, así como para países altamente industrializados como Estados Unidos. Pequeños sistemas hidroeléctricos son aquellos que tienen una capacidad entre 0.01 a 30 megavatios (MW) de potencia. Como referencia, un generador de 1 MW que funciona durante una hora (que produce 1 MWh) genera suficiente electricidad para alimentar el hogar promedio en los EE. UU. Durante un poco más de un mes. Los pequeños sistemas hidroeléctricos que generan menos de 0,1 MW se denominan más específicamente microhidropotencia sistemas (figura ( PageIndex {d} )). La mayoría de los sistemas utilizados por los propietarios de viviendas y pequeñas empresas calificarían como sistemas microhidroeléctricos. De hecho, un sistema de 10 kW generalmente puede proporcionar suficiente energía para una casa grande, un pequeño centro turístico o una granja de pasatiempos.

Figura ( PageIndex {d} ): Un sistema microhidroeléctrico. Aunque hay varias formas de aprovechar el agua en movimiento para producir energía, los sistemas de pasada, que no requieren grandes depósitos de almacenamiento, se utilizan a menudo para proyectos de microhidroeléctricas. Para proyectos hidroeléctricos de pasada, una parte del agua de un río se desvía a un canal, tubería o tubería presurizada (tubería forzada) que la entrega a una rueda hidráulica o turbina. El agua en movimiento hace girar la rueda o turbina, que hace girar un eje. El movimiento del eje se puede utilizar para procesos mecánicos, como bombear agua, o se puede utilizar para producir electricidad.

Uno de los beneficios del uso de energía hidroeléctrica es que las presas y embalses se pueden usar adicionalmente para recreación, control de inundaciones y almacenamiento de agua dulce (consulte Escasez de agua y soluciones). Si bien nunca nos quedaremos sin agua en movimiento, el potencial de uso de energía hidroeléctrica fluctúa según las precipitaciones. Por ejemplo, durante una sequía, los niveles de agua en un embalse disminuyen y se libera menos agua para generar electricidad. Como ocurre con la mayoría de las fuentes de energía renovable, la energía hidroeléctrica no es práctica en todas partes y es más eficaz en regiones montañosas con abundantes precipitaciones y deshielo.

Las represas hidroeléctricas y los embalses que crean degradan el hábitat e impactan negativamente a las especies nativas. Por ejemplo, las represas pueden obstruir la migración de peces a sus áreas de desove río arriba. En áreas donde el salmón debe viajar río arriba para desovar, como a lo largo del río Columbia en Washington y Oregon, las presas bloquean su camino (figura ( PageIndex {e} )). Este problema puede aliviarse parcialmente mediante el uso de "escaleras para peces" que ayudan al salmón a sortear las presas (figura ( PageIndex {f} )). Sin embargo, los peces que viajan río abajo pueden morir o resultar heridos a medida que el agua se mueve a través de las turbinas de la presa. Los embalses y la operación de represas también pueden afectar los hábitats acuáticos debido a cambios en la temperatura del agua, la profundidad del agua, la química, las características del flujo y la carga de sedimentos, todo lo cual puede conducir a cambios significativos en la ecología y las características físicas del río tanto río arriba como río abajo. . Cuando los embalses se llenan de agua por primera vez, inundan los hábitats terrestres (terrestres), las granjas, las ciudades y los sitios arqueológicos y culturales, lo que a veces obliga a las poblaciones a reubicarse. La vegetación terrestre se descompone lentamente en condiciones de escasez de oxígeno, liberando metano a la atmósfera, un potente gas de efecto invernadero. En este sentido, la energía hidroeléctrica genera pocos contaminantes del aire durante la operación, pero la construcción sí contribuye al cambio climático.

Figura ( PageIndex {e} ): La presa Grand Coulee en el río Columbia en el estado de Washington creó el lago Roosevelt, que ofrece recreación al aire libre como pesca y natación. Sin embargo, comprometió las poblaciones de salmón e inundó lugares sagrados para la gente de la tribu Spokane. Imagen de la Oficina de Reclamación de EE. UU. (Dominio público).

Figura ( PageIndex {f} ): Izquierda: La escalera para peces en John Day Lock and Dam a lo largo del río Columbia en Oregon permite que los peces adultos migren río arriba de la presa por su cuenta. Derecha: diagrama de una escalera para peces, que permite el paso del salmón sobre una presa. Los salmones nadan corriente arriba para desovar (reproducirse) y pueden nadar hasta los escalones de la escalera. Imagen izquierda y leyenda (modificada) del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. E imagen derecha de NOAA Fisheries (dominio público).

Si bien los proyectos hidroeléctricos de represas a gran escala a menudo son criticados por sus impactos en el hábitat de la vida silvestre, la migración de peces y el flujo y la calidad del agua, los proyectos pequeños de pasada están libres de muchos de estos problemas ambientales. Debido a que utilizan el flujo natural del río, apenas alteran el cauce y el flujo del arroyo. Por lo tanto, efectos como el agotamiento de oxígeno, el aumento de la temperatura, la disminución del flujo y la migración río arriba impedida no son problemas para muchos proyectos de pasada.


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