El reto del agua en la producción de energía eléctrica

Por Diego Sesma Martín, Universidad Pública de Navarra

La disponibilidad de agua y energía representa un aspecto fundamental a la hora de satisfacer las necesidades humanas básicas y garantizar el desarrollo de las economías a nivel mundial. No es, por tanto, casualidad que los sectores del agua y la energía están estrechamente interrelacionados.

Por un lado, se requiere energía para el bombeo, el tratamiento y la desalinización del agua. Por otro, se necesitan grandes volúmenes en la práctica totalidad de procesos de generación de energía: extracción de materias primas, refrigeración de plantas termoeléctricas, procesos de limpieza, producción de biocombustibles, funcionamiento de las turbinas, etc.

Según datos del Banco Mundial, muchas regiones a nivel global se están enfrentando ya a graves problemas de escasez de agua y energía. Adicionalmente, se estima que las demandas de agua y energía aumentarán en los próximos años y los efectos del cambio climático no harán sino agravar aún más el problema. Por todo ello, identificar y entender las consecuencias de esta relación es fundamental para asegurar la provisión de energía en un mundo donde la disponibilidad de agua es cada vez más limitada.

El agua para la producción de energía eléctrica

La producción de energía eléctrica representa uno de los mayores usos del agua en todo el mundo. Además de las centrales hidroeléctricas, las termoeléctricas (aquellas que emplean como combustible el carbón, el gas natural o el uranio, entre otros) también emplean grandes volúmenes de agua. La utilizan, principalmente, como medio refrigerante, es decir, para disipar el calor residual de los sistemas y permitir el correcto funcionamiento de las instalaciones.

Se estima que alrededor de 53 000 millones de metros cúbicos de agua dulce se emplean para producción termoeléctrica a escala global. La temperatura necesaria para producir electricidad en este tipo de instalaciones varía según el combustible empleado y, en consecuencia, cada tipo de central requiere distintas cantidades de agua.

La refrigeración es la actividad que requiere mayor volumen de agua. Por lo tanto, el sistema de refrigeración debe considerarse una parte integral del proceso de generación de energía; influye en el rendimiento y la disponibilidad global de la central.

Existen diferentes tipos de sistemas de refrigeración que requieren distintos volúmenes de agua:

1. Sistemas de refrigeración de ciclo abierto (once-through cooling). Son los más populares. Extraen el líquido de una masa de agua, pasándola a través de un condensador de vapor y devolviéndola posteriormente a la fuente de agua a una temperatura más alta (normalmente limitada por la legislación medioambiental). Esta tecnología de refrigeración evapora una pequeña fracción del agua extraída.

2. Las torres de refrigeración (recirculating cooling). Se trata de un mecanismo de evacuación de calor, que arroja a la atmósfera el calor residual del agua de refrigeración. Este sistema de refrigeración extrae mucha menos agua que los sistemas de ciclo abierto, pero precisa de un mayor consumo hídrico.

Extracción no es lo mismo que consumo

Tanto los diferentes tipos de tecnología de generación como los diferentes tipos de sistemas de refrigeración instalados en las centrales dan lugar a diferentes extracciones y consumos de agua. Esto exige que seamos rigurosos al hablar del uso del agua en las centrales eléctricas. En este sentido, es imprescindible diferenciar entre los conceptos de extracción y consumo hídrico.

• Las extracciones de agua se definen como la cantidad total de agua captada de una masa de agua, independientemente de la cantidad que se consuma de ese volumen total.

• El consumo de agua se define como la parte de agua extraída que se evapora durante el proceso de enfriamiento en las centrales termoeléctricas y, por ende, se elimina del entorno de agua próximo.

La parte del agua extraída que no se consume (no se evapora) es devuelta después de su uso a una masa de agua como, por ejemplo, un acuífero o el cauce del un río, representando el flujo de retorno o agua descargada.

Hemos demostrado en varios estudios que, para el conjunto del sector termoeléctrico español, las centrales nucleares son las principales demandantes de agua, seguidas de las de carbón y, finalmente, las de gas natural y ciclo combinado.

Trabajos internacionales también confirman esta idea, como se muestra en la siguiente tabla:

Los párrafos anteriores dan muestra de la importancia del agua como recurso energético. Su disponibilidad no es homogénea en espacio y tiempo, y será cada vez más limitada. Por eso, entender los impactos de las diferentes tecnologías de generación termoeléctrica sobre nuestros recursos hídricos es una cuestión crucial para planificar el mix energético del futuro.

Este artículo fue publicado originalmente en el blog de la UPNA Traductor de ciencia.