RECURSOS POTENCIALES DE ENERGÍA RENOVABLE EN EL ESTADO DE SINALOA, MÉXICO

3.4 Energías Renovables

3.4.1 Conceptos de Energías Renovables

Actualmente las necesidades energéticas del mundo se satisfacen básicamente mediante la explotación de los combustibles fósiles, los cuales producen contaminación alterando el entorno y la calidad de vida de la población.
Las Energías Renovables (ER´s) son fuentes de energía, caracterizadas por reponerse a un ritmo igual o superior al que son consumidas.1 Algunos autores renombrados han dado definiciones para el término de Energía Renovable (ER): para Twidell y Weir es “energía que se obtiene a partir de corrientes de energía continuas y recurrentes en el mundo natural”, mientras que para Sorensen es todo “flujo energético que se restablece al mismo ritmo que se utiliza” o, también, “el uso de cualquier depósito de energía que se rellena a velocidad comparable a la que es extraída”.2 Las fuentes donde se originan las ER´s son el sol, la gravedad, la rotación de la tierra y el calor interno de la tierra, la figura 3.5, muestra dos esquemas que permiten comparar el suministro de energía a partir de fuentes renovables y el que se obtiene a partir de yacimientos finitos, no renovables.

El estudio de las ER´s no solamente está relacionado con las ciencias exactas (por ejemplo la matemática, la física y la química), sino también en áreas tales como las Ciencias del Medioambiente, las Ciencias de la Tierra, las Ciencias Sociales, la Economía y la Arquitectura entre otras. Tal que se pudiera considerar a las ER´s como un sistema, en el cual las otras ciencias relacionadas con las ER´s, forman subsistemas y la interrelación entre cada uno de ellas constituya el Sistema de ER´s.
Una fuente de “energía primaria es toda forma de energía disponible en la naturaleza antes de ser convertida o transformada. Consiste en la energía contenida en los combustibles crudos, la energía solar, la eólica, la geotérmica y otras formas de energía que constituyen una entrada al sistema”. 3 Si no es utilizable directamente, debe ser transformada en una fuente de energía secundaria (electricidad, calor, etc.).
La Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL) o ECLAC por sus siglas en inglés, define a la “energía primaria como los recursos naturales disponibles en forma directa o indirecta que no sufren ninguna modificación química o física para su uso energético”. Las principales fuentes normalmente consideradas por los balances energéticos de los países de América Latina y el Caribe son: petróleo, gas natural, carbón mineral, hidroelectricidad, leña y otros subproductos de la leña, biogás; geotérmica, eólica, nuclear, solar y otras primarias como el bagazo y los residuos agropecuarios o urbanos”, 4  también define a la energía secundaria como “el  conjunto de productos energéticos que han sufrido un proceso de transformación química o física, que los hace más aptos para su utilización final”.5 Por lo general se consideran como productos secundarios: fuel oil, gas oil, gasolinas, gas licuado de pétroleo (GLP), gasolinas (de diferentes octanajes, con o sin plomo), kerosen, gasolina y kerosene de aviación, naftas, gas de refinería, electricidad, carbón vegetal, gases, coke,  y gas de alto horno. La suma de estas energías nos da la oferta total que es la cantidad de energía disponible para satisfacer las necesidades energéticas de un país, tanto en los procesos de transformación como en el consumo final.

OFERTA TOTAL = Producción + importación – exportación +/- variación de inventarios – energía no aprovechada (3.1)

3.4.2 Tecnologías para la Generación de Electricidad a partir de Energía Renovable

Los tipos de ER´s más empleados son los siguientes:

• Energía hidráulica
• Energía de la biomasa
• Energía solar (Energía fotovoltaica y energía térmica)
• Energía eólica
• Energía oceánica
• Energía geotérmica

3.4.2.1 Energía Hidráulica

La energía hidroeléctrica es una fuente renovable, cuyo origen es la radiación del sol que llega a la tierra, generada por medio del “ciclo hidrológico”.6 La energía hidráulica o energía hidroeléctrica “es la electricidad generada mediante turbinas accionadas por agua cuyo movimiento se debe a la fuerza de la gravedad”. 7
Esta Energía es renovable gracias al ciclo hidrológico natural o ciclo del agua8 que se rige por el sol, desde el calentamiento del agua de océanos, mares y ríos con su consiguiente evaporación, 9 hasta las precipitaciones, 10 escorrentías11 y aguas subterráneas que devuelven el agua a estas masas de agua,12 figura 3.7. Hay tres “circuitos” principales en el ciclo del agua:13

• El circuito del escurrimiento superficial, en el que el agua de lluvia se desplaza por el suelo y se convierte parte del sistema de aguas superficiales.
• El circuito de evapotranspiración, en el que el agua se infiltra, se retiene como agua capilar y regresa a la atmosfera por evaporación y transpiración vegetal.
• El circuito de aguas freáticas, en el que el agua se infiltra, circula por conductos acuíferos y sale por manantiales, fuentes o pozos, donde se une al agua superficial.

La energía hidráulica es un energético con un impacto menor ambiental dentro de los energéticos renovables que aporta una quinta parte de la energía eléctrica producida en el mundo , con características multipropósito que le permite integrarse a otra actividades como: el regadío, el agua potable, el turismo, la pesca, la navegabilidad, la reducción de inundaciones, entre otros. 14 El proceso de generación de energía hidroeléctrica es gravitacional y por consiguiente la energía potencial procedente del salto de la corriente del río o de la represa, se convierte en energía cinética, posteriormente en mecánica y consecuentemente en eléctrica.15
La generación de energía hidroeléctrica depende del régimen de lluvias, por lo que es necesario la construcción de una reserva (presa o represa) que le permita disponer de energía para satisfacer la demanda, cuando se presenten bajos caudales. 16

1) Clasificación de las Centrales Hidroeléctricas considerando la Afluencia del Caudal
De acuerdo al régimen de flujo y el tipo de embalse las Centrales Hidroeléctricas pueden clasificarse en: Centrales de Agua Fluyente o Pasada, Centrales de Embalse o Reserva y Centrales Reversibles o de Bombeo. 17

• Centrales de Agua Fluyente o Pasada: estas centrales requieren de poco o nulo almacenamiento de agua (no requieren represas o reservorios). 18

El proceso se inicia en un azud o presa de derivación, desviándose el flujo de agua por un canal hasta la cámara de carga, después pasa a una tubería de presión hasta la turbina y posteriormente a un generador eléctrico, y finalmente el agua turbinada es devuelta al río a través de un canal de desagüe.

• Centrales con Embalse: las centrales con embalses almacenan suficiente agua, que les permite compensar las fluctuaciones temporales del flujo de agua y suministrar el mismo valor de energía a lo largo del año. 19

Son centrales con grandes caídas de agua y poco caudal, y su producción de electricidad se puede ajustar a la demanda. En esta clasificación se cuenta dos variantes adicionales: Centrales de Derivación y Centrales a Pie de Presa:

• Centrales de Derivación: aprovechan la corriente por derivación del agua con tuberías. Las aguas del río son desviadas mediante una pequeña presa y son conducidas a través de un canal o tubería de presión a poca velocidad, hasta llegar a un pequeño depósito llamado cámara de carga o de presión.

• Centrales a Pie de Presa: Aprovechamiento por acumulación de agua y con la casa de máquinas a pie de presa. La toma de agua se realiza en un punto situado a media altura de la presa, lo que permite aprovechar el peso del agua situada por encima, pero además posibilita el disponer de agua incluso en épocas en las que su nivel se encuentra muy bajo.

• Centrales Reversibles o de Bombeo

Aprovechamiento por acumulación del agua. Están formadas por dos embalses situados a diferente nivel, uno al pie de la central y el otro a una altura superior, que puede ser natural o artificial, y es al que se bombea el agua.
El agua llega a través de una galería de conducción a una tubería forzada que la conduce hasta la sala de máquinas de la central eléctrica.
Para la regulación de las presiones del agua entre las conducciones anteriores se construye en ocasiones una chimenea de equilibrio.
Una central hidroeléctrica de este tipo, además de poder transformar la energía potencial del agua en electricidad, tiene la capacidad de hacerlo a la inversa, es decir, retornar el agua hacia la presa mediante bombas, o mediante la misma turbina funcionando como bomba, en los momentos de menor demanda eléctrica e impulsar posteriormente este agua en los momentos de mayor demanda eléctrica.
En los períodos de poca demanda de energía, se utiliza el excedente de energía en la red, procedente de otras centrales conectadas eléctricamente con la central de bombeo, para bombear agua del embalse inferior al embalse superior.
Mientras que en las horas de mayor demanda energética, se turbina el agua desde el embalse superior con gran altura de salto, funcionando entonces la máquina eléctrica reversible como alternador.

3.4.2.2 Pequeñas Centrales Hidroeléctricas

Los pequeños sistemas hidroeléctricos, generalmente usan una planta mini-hidro o micro-hidroeléctrica. Aunque existen varias definiciones para sistemas hidroeléctricos por diferentes instituciones y/o organismos gubernamentales, el World Bank ha realizado una clasificación de hidroeléctricas de acuerdo a su tamaño, 20 como se muestra en la tabla 3.15.

Los sistemas de menos de 1 MW de potencia (mini-, micro- y pico-hidros) son del tipo “curso-del-río” (Centrales de Agua fluyente). Este tipo de plantas generalmente no incluyen una represa, por lo tanto no tienen los problemas ambientales y sociales asociados a sistemas hidroeléctricos más grandes. Los sistemas tipo “curso-del-río” pueden ser instalados donde la caída del agua y las tasas de flujo del agua son lo suficientemente altas.21
Para identificar el alcance de suministro de energía eléctrica de una Pequeña Central Hidroeléctrica (PCH) a una comunidad en Latinoamérica, la Organización Latinoamericana de Energía y del Caribe (OLADE) 22 en función de la capacidad instalada y el tipo de usuario ha propuesto la clasificación indicada en la tabla 3.16.

3.4.2.3 Estudios para la Construcción de una PCH

A continuación se describen los estudios de prefactibilidad y factibilidad a realizar en la construcción de una PCH. 23
Estudio de la demanda: el objetivo del estudio es la de mejorar las condiciones de vida de la población de una región, sin servicio de energía eléctrica. Se realiza un censo de la población objetivo y de consumo de energía de otras fuentes (petróleo, pilas y leña entre otros) y se estima el consumo energético de la población y luego se determina si con el recurso hidroenergético, la región dispone de una potencia superior a la demanda.
Estudio socioeconómico: se evalúan los recursos económicos, la organización y el desarrollo de la comunidad para la creación de procedimientos para el mantenimiento, la operación, la administración y el financiamiento del proyecto.
Estudio hidrológico y pluviométrico: es el que determina los caudales de diseño disponibles en el aprovechamiento hídrico por medio de datos estadísticos de caudal durante varios años. Cuando no se cuenta con datos hídricos suficientes para seleccionar el caudal, se utiliza la información pluviométrica con la que es posible determinar aproximadamente el caudal de la cuenca.
Estudio cartográfico y topográfico: para la localización de saltos de agua (aprovechamiento de la energía potencial) se utiliza mapas cartográficos de la región en estudio. Cuando no se tienen mapas cartográficos de la región es necesario realizar un estudio topográfico para conocer la caída aprovechable y determinar la potencia del recurso hidroenergético.
Estudio geotécnico: este estudio determina la ubicación de las obras civiles en función de la estabilidad del terreno y posibles fallas.
Estudio de impacto ambiental: las obras civiles construidas y el equipo en operación generan un impacto en el medio ambiente de la región, y el estudio deberá identificar las características del impacto ambiental y la forma de atenuarlo. El estudio rechazará el proyecto si el impacto es considerable y lo avalará si su impacto es reducido.
Diseño y selección de equipo: dentro del diseño general del proyecto se encuentra la ubicación final de las obras de captación y de conducción, del tanque de presión y del desarenador, la tubería, la casa de máquinas y el tendido de redes. Este diseño contempla dos fases: una de diseño de obras civiles y otra de selección de equipo.
El diseño de obras civiles comprende los diseños de: bocatoma, aliviadero, obra de conducción, desarenador, tanque de presión, anclajes para tubería de presión y casa de máquinas.
La selección de equipo comprende: tubería de presión o su diseño, compuertas o su diseño, turbina, válvula, generador, volante, regulador de tensión y frecuencia, protecciones, redes de transmisión y accesorios.