Evaluación de la sustentabilidad de microcentrales hidroeléctricas mediante un enfoque de emergy accounting

Abstract

La generación hidroeléctrica a gran escala enfrenta limitaciones asociadas al cambio climático, la disponibilidad reducida de sitios rentables y los impactos ambientales que produce. Ante ello, surge la necesidad de desarrollar alternativas sustentables a menor escala que aprovechen de manera eficiente los recursos hídricos disponibles. Las microcentrales hidroeléctricas, especialmente aquellas que operan con turbinas Pelton y Vortex, representan una opción viable; sin embargo, su diseño y evaluación requieren considerar factores hidrológicos, de infraestructura y constructivos, así como metodologías que integren no solo la viabilidad técnica y económica, sino también la sustentabilidad. La energía hidráulica es una de las fuentes renovables más importantes a nivel mundial, en México, las condiciones geográficas, topográficas y climáticas favorecen el aprovechamiento de este recurso, especialmente a pequeña escala. Las microcentrales se destacan por su bajo impacto ambiental y su potencial para contribuir a la diversificación energética. No obstante, los estudios sobre generación hidroeléctrica suelen centrarse únicamente en las fases de construcción y operación, lo que puede subestimar los impactos ambientales y los costos ocultos. Por esta razón, la integración de metodologías como el emergy accounting (EA) y el análisis de ciclo de vida (ACV) permite una evaluación más integral al incluir todos los flujos energéticos, materiales y ecosistémicos involucrados, ofreciendo una visión más robusta de la sustentabilidad de estos proyectos. El objetivo principal de esta investigación fue desarrollar un modelo conceptual bajo un enfoque de emergy accounting (EA) asociado con la generación de energía eléctrica a microescala con turbinas Pelton y Vortex, con el fin de evaluar la sustentabilidad de proyectos hidroeléctricos bajo diferentes condiciones hidrológicas, de infraestructura y constructivas en la Cuenca del Río Amacuzac. Para ello, se definieron las variables y condiciones operativas de ambas turbinas a través de un inventario de análisis de ciclo de vida, identificando los flujos de entrada y salida del sistema. Posteriormente, se construyó un modelo conceptual que relaciona flujos de masa, energía y monetarios, lo cual permitió evaluar la sustentabilidad mediante indicadores emergéticos. Además, se elaboró una geobase de la cuenca del Río Amacuzac con información climatológica e hidrométrica, y se calcularon los índices EYR, ELR y ESI para ambas tecnologías. Los resultados de los índices emergéticos mostraron el desempeño de las turbinas analizadas bajo sus propias condiciones dadas. Para la turbina Pelton se obtuvieron los valores: EYR = 1.93, ELR = 1.08, ESI = 1.79 y %R = 48 %, mientras que 2 para la turbina Vortex los resultados fueron: EYR = 2.24, ELR = 0.80, ESI = 2.79 y %R = 55 %. Estos valores evidencian que la turbina Vortex presenta un buen desempeño emergético y mayor sustentabilidad ambiental, debido a la constancia del recurso renovable asociado al escurrimiento del río. Así mismo la turbina Pelton, que depende principalmente del agua de lluvia captada en una superficie limitada, mostró un menor aprovechamiento del recurso renovable y una mayor carga ambiental relativa. El análisis emergético demuestra que las microcentrales con la turbina Vortex en las condiciones analizadas en la Cuenca del Río Amacuzac son viables y sustentables por el recurso hídrico identificado por las estaciones hidrométricas. Para la turbina Pelton, aunque viables, requieren optimizar la captación o almacenamiento de agua para mejorar su rendimiento y su sustentabilidad para esas condiciones de turbina tipo y la estación climatológica elegida. Concluyendo que la aplicación conjunta del emergy accounting y el análisis de ciclo de vida constituye una herramienta integral para la evaluación y planificación de proyectos hidroeléctricos a microescala, permitiendo identificar no solo su viabilidad técnica y económica, sino también su impacto ambiental por medio de los índices, por lo que esta aproximación promueve una visión de largo plazo orientada hacia la sustentabilidad de proyectos de generación de energía.