Ingenierıa del Agua, Vol. 16, No 4, Diciembre 2009
HIDROELECTRICIDAD, EMBALSES YCAMBIO CLIMATICO
Antoni PalauDireccion de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible, EndesaCrta. Tarragona, Km 89,300, 25191 Magraners (Lleida)[email protected]
Clemente PrietoDepartamento de Medio Ambiente y Patrimonio ConcesionalIberdrola GeneracionAv. San Adrian, 48, 48008 Bilbao
Resumen: La energıa hidroelectrica, los embalses y el cambio climatico, mantienen unas relaciones con distintos sentidos.
La hidroelectricidad requiere embalses y estos producen gases con efecto invernadero. Para frenar el cambio climatico, se
promueven energıas renovables y la hidroelectricidad lo es. Si las previsiones del cambio climatico se cumplen, en el area
mediterranea, disminuira la disponibilidad de agua con implicaciones para los embalses. Por otro lado esas previsiones
supondran cambios que, en el caso de los embalses, afectaran a la calidad de sus aguas y a las comunidades naturales.
En este artıculo se analizan estas relaciones, partiendo de una descripcion de las funciones y posibilidades de la hidro-
electricidad en el sistema energetico espanol. Se concretan tambien los posibles efectos del cambio climatico sobre los
embalses y se analiza su presunta contribucion al cambio climatico. La conclusion es que no se puede generalizar sobre
una contribucion neta de los embalses al cambio climatico, ni tampoco se puede afirmar que los embalses emiten mas
CO2 que los lagos naturales equivalentes o los sistemas terrestres a los que sustituyen. Lo que sı es cierto es que la
energıa hidroelectrica esta entre las de menor emision de gases invernadero, cuando se compara con otras fuentes.
INTRODUCCION
En el tıtulo de este artıculo se manejan 3 com-ponentes que, segun se ordenen y relacionen en-tre sı, admiten distintas acepciones. Puede plan-tearse, en primera instancia, si la hidroelectri-cidad tiene algo que ver, en si misma y comoproceso industrial de produccion de energıa, conel cambio climatico. Dado que el agua es unode los recursos naturales mas vulnerable a cual-quier cambio climatico, esta claro que puedenencontrarse relaciones. En sentido inverso, la re-duccion de gases con efecto invernadero, pasapor el uso creciente de energıa producida conrecursos renovables, y la hidroelectricidad lo es.Los terminos “hidroelectricidad” y “embal-
ses” mantienen una interrelacion consustancialy directa, que puede tambien ponerse frente al“cambio climatico” y analizar si este va a afectara aquellos y viceversa.Este artıculo pretende abordar, con mayor o
menor intensidad todas las interacciones posiblesentre los tres terminos que conforman su tıtulo,
si bien va a centrarse en la que, posiblemente,es la vision mas controvertida: el presunto efec-to de los embalses sobre el cambio climatico, atraves de la emision de gases con efecto inver-nadero. Buena parte del artıculo se basa en lostrabajos de Palau y Alonso (2008) y posteriorespublicaciones Palau et al., (2009).
Los embalses son, como decıa Margalef (1983)de las pocas obras de la Humanidad que se vendesde el espacio. Desde hace ya unos anos, exis-ten corrientes de opinion dedicadas a difundirlos impactos ambientales negativos de este ti-po de obras, que incluso finalizan en propuestasde demolicion de presas. Sin embargo, hay unarealidad incuestionable: el control del agua (ypor extension, la produccion de energıa y alimen-to asociados) es la base del estado de bienestaralcanzado por las sociedades “desarrolladas” ydeseado por las que aspiran a alcanzarlo. Tam-bien es cierto que, las opciones de adecuacionambiental de embalses, deja aun mucho margenpara explorar, antes de demoler las presas.
efectos que se asocian al cambio climatico ylas notables incertidumbres que aun albergan losmodelos utilizados, las previsiones para el Esta-do Espanol -segun los trabajos del CEDEX (Ruız,2009) y salvando diferencias regionales- apuntanpara un horizonte del 2100, un aumento de 1◦Cen la temperatura media y una disminucion deun 5% en la precipitacion media anual, lo quedara una reduccion entre un 5 y un 25% en ladisponibilidad de agua. Por otro lado, la deman-da de agua va a aumentar, en unos sectores masque en otros; entre un 2 y 9% la urbana y has-ta un 23% en la agricultura segun los tipos decultivo. La distribucion estacional de las lluviastambien va a cambiar, aumentando su torren-cialidad. Si esto es ası, quizas la existencia deembalses, no venga tan mal y hasta puede quehaya que plantearse construir alguno mas.En cuanto a la hidroelectricidad, por su asocia-
cion a grandes presas o derivaciones de agua delos rıos, queda al lado de los embalses en lo quea crıticas se refiere. Es una curiosa constante alo largo de la historia reciente de las sociedadeshumanas “desarrolladas”, el bendecir cualquiernueva fuente de energıa, para denostarla al ca-bo de un tiempo a favor de otra mas novedosa,supuestamente mejor. Le paso al carbon, le hapasado a la energıa nuclear, le esta pasando a lahidroelectricidad y ya hay claros indicios de quele va a ocurrir lo mismo a la eolica, a favor de lafotovoltaica y la termosolar. Este planteamientodel cambio continuo, es sin duda un motor delprogreso, del desarrollo tecnologico y economi-co, pero no cabe duda que se ha apoyado en unuso de la naturaleza con unos niveles de presioninsostenibles. Hasta que esas sociedades “desa-rrolladas” en base al cambio continuo, no comoindividuos sino como colectivo, no comprendanlos principios de la termodinamica y asuman quetienen una responsabilidad causal directa en laexplotacion de los recursos naturales -que nuncaes ni gratuita ni inocua- lo de la sostenibilidadreal y verdadera, no podra ser mas que un pro-ducto de mercado.El papel de la hidroelectricidad es clave en el
abastecimiento de la demanda de energıa actual,y por ello, antes de analizar las relaciones entreembalses y cambio climatico, parece convenien-te exponer con algun detalle las caracterısticasmas destacables de esa tecnologıa de produccionelectrica, el papel que desempena actualmente,su evolucion historica y sus posibilidades a fu-turo. Esto servira para valorar mejor las conclu-siones que se obtienen en el artıculo, y las quecada lector pueda deducir del mismo.
A continuacion se expondra un breve apun-te de los efectos que el cambio climatico puedeimprimir en los ecosistemas acuaticos continen-tales, para dedicar despues el resto del artıculo atratar la relacion inversa; esto es, el papel de losembalses sobre el cambio climatico. Una buenarevision de este ultimo enfoque, puede encon-trase en Tremblay et al., 2005 aunque quizasdemasiado centrada en los intercambios gaseo-sos y con apenas referencias a otras formas deprocesado de carbono por parte de los embalses.
LA HIDROELECTRICIDAD COMO ENERGIARENOVABLE
Se entiende por “energıas renovables” aquellasque proceden de recursos que son continuamen-te renovados de forma natural. En la actualidad,las energıas renovables utilizadas a nivel mundialson la eolica, la hidraulica, la solar, la procedentede biomasa, la mareomotriz, la procedente de lasolas, la procedente de residuos y la geotermica.Con diversos matices, casi todas ellas han sido
utilizadas por el ser humano desde tiempo inme-morial, si bien su aprovechamiento mas o menosmasivo y ordenado se viene desarrollando desdehace poco mas de 100 anos.Entre las distintas tecnologıas energeticas re-
novables pueden apreciarse diversas caracterısti-cas diferenciales, como puede ser la capacidadde regulacion, que va desde un mınimo practica-mente nulo en el caso de las energıas de origeneolico, solar y de las olas, hasta el maximo casitotal de la de origen hidraulico, o la predictibili-dad -relacionada en cierta forma con la capaci-dad de regulacion- o el impacto de cada una deellas sobre el medio natural.
Aspectos destacables de la energıahidroelectrica
Respecto al total de energıa electrica, la deorigen hidroelectrico llego a suponer en Espana,en la primera mitad del siglo XX, porcentajesproximos al 100%, tanto en potencia instalada,como en energıa producida.Posteriormente, con la progresiva implanta-
cion de otras tecnologıas, como las termicasde carbon y fuel, la energıa nuclear y, mas re-cientemente, los ciclos combinados y las nue-vas energıas renovables, la aportacion anual dela hidroelectricidad oscila entre el 7 y el 20%del total producido, dependiendo de la hidrauli-cidad de cada ano segun los boletines estadısti-cos anuales de UNESA (Asociacion Espanola dela Industria Electrica) (Figura 1).
Hidroelectricidad, embalses y cambio climatico 313
Figura 1. Potencia hidroelectrica instalada en Espana durante la segunda mitad del siglo XX,
segun UNESA. En los ultimos 10 anos apenas ha variado, manteniendose establealrededor de los 16.700 Mw
Con relacion a las energıas renovables, laenergıa hidroelectrica representa, en Espana, el42% de la potencia instalada (a 2008) y, en me-dia, el 36% de la produccion renovable anual. Anivel mundial, la energıa hidroelectrica represen-ta del orden del 15% de la potencia renovableinstalada.Un aspecto interesante es el basado en la es-
timacion numerica del impacto ambiental de di-versos tipos de energıa. Esta estimacion se basaen una metodologıa de calculo, conocida como“Analisis del Ciclo de Vida” (ACV). Se trata deun metodo reconocido internacionalmente, re-gulado por la Norma ISO 14.040, mediante elcual se identifican los impactos ambientales deun producto o proceso a lo largo de todas susfases. En el caso de las tecnologıas de produc-cion de energıa, el producto a analizar medianteel ACV serıa el Kwh.Esta labor fue llevada a cabo por el Institu-
to para la Diversificacion y Ahorro de la Energıa(IDAE) en 1999, analizando 12 impactos am-bientales diferentes: calentamiento global, capade ozono, lluvia acida, contaminacion de aguas,metales pesados, sustancias cancerıgenas, nie-blas de invierno, nieblas de verano, residuos in-dustriales, radioactividad, residuos radioactivosy consumo de recursos energeticos. Todo ello,
referido a las fases de obtencion, tratamiento ytransporte del combustible, y construccion y ex-plotacion de la central.Analizando la aportacion de las distintas fases
de la vida de cada tecnologıa electrica a cada unode los 12 impactos considerados, se van asigna-do los denominados “ecopuntos”, de forma quecuanto menor sea el impacto en cuestion, me-nos seran los ecopuntos asignados. Los ecopun-tos obtenidos en el estudio del IDAE fueron losque se muestran en la Tabla 1.La energıa hidroelectrica esta entre las de me-
nor emision de gases invernadero, cuando secompara con otras fuentes y se analiza a nivelde ciclo de vida. Las tecnologıas renovables (ter-mosolar, geotermica, biomasa, residuos, oleaje ymareomotriz) no evaluadas en el citado estudiopueden asimilarse, a falta de calculos precisos, aalguna de las citadas, en funcion de las similitu-des existentes en cada caso.Como ya se ha dicho, el peso relativo de la
hidroelectricidad en Espana, respecto al conjun-to de medios de produccion de energıa electrica,ha ido decreciendo a lo largo del tiempo, en lamedida en que se han desarrollado nuevas tecno-logıas, mas o menos masivas (casos de la nucleary las termicas) o de interes medioambiental (ca-so de otras renovables).
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Tecnologıa de produccion Ecopuntos Rango Valor medio(g CO2 eq/kWh)
Tabla 1. Puntuacion de ecopuntos en el analisis del ciclo de vida (ACV) de distintastecnologıas de produccion de energıa electrica, segun el IDAE y comparacionde las emisiones de CO2 asociadas tambien al ciclo de vida de distintasformas de generacion de energıa electrica (extraıdo de varios autores; puedeconsultarse Tremblay et al., (2005). “n.d.” no disponible
No obstante, esta disminucion progresiva esexclusivamente cuantitativa, ya que desde elpunto de vista cualitativo la energıa de origenhidraulico ha ido incrementando su importancia,tanto en el aspecto medioambiental como en loseconomicos y tecnicos, en relacion con el cos-te, garantıa y estabilidad del Sistema ElectricoNacional.
En cuanto a los aspectos medioambientales,se ha visto anteriormente que la energıa hidro-electrica es, con mucha diferencia, la de menorimpacto ambiental a lo largo de su ciclo de vidatotal, evitando, durante su fase productiva, emi-siones de gases de efecto invernadero en cuantıasanuales del orden de 22.400 Ktm de CO2, 86Ktm de SO2 y 74 Ktm de NOx.
En su balance ambiental, hay que incorporarsin duda los aspectos negativos que presenta laimplantacion de presas y embalses, no necesa-riamente hidroelectricos, en el territorio y en elentorno en general, siendo los mas destacablesy contrastados, la afectacion a nucleos de po-blacion por inundacion de terrenos urbanos, latransformacion de habitats y escenarios natura-les por inundacion del territorio, la constitucionde barreras para la circulacion de la fauna, la re-duccion del transporte de sedimentos aguas aba-jo y la alteracion del regimen de caudales.
No obstante, junto con estos efectos negati-vos habrıa que contemplar los de caracter posi-tivo, tanto los asociados a sus propios objetivos(produccion de energıa, reserva de agua) comolos derivados (regulacion de avenidas, depura-cion de aguas, usos ludicos,...). Por otro lado,es preciso tener en cuenta que todos los efectosindeseables deben ser, en la medida de lo posi-ble, anulados, minimizados o compensados me-diante las correspondientes medidas correctoras,
paliativas o compensatorias contempladas en losnuevos proyectos y que para los proyectos exis-tentes, hay margen -como ya se ha dicho- paraexplorar sus posibilidades de adecuacion ambien-tal. En definitiva, el cuadro final de afeccionesdebe ser contrastado con las ventajas aportadaspor las instalaciones proyectadas, con el enfoquemas pluridisciplinar posible, y, en el caso de lascentrales hidroelectricas, sin olvidar -cosa queocurre con excesiva frecuencia- que la cobertu-ra de la demanda de energıa electrica esta en labase misma de nuestro modelo de sociedad, yque los quiza deseables cambios de ese modelodeben abordarse desde otros aspectos, tales co-mo, por ejemplo, la educacion, y no eliminandosus cimientos sin tener otros que los sustituyancon solvencia, ya que eso serıa como pretenderensenar a nadar arrojando al aprendiz al oceano.Esta es la cuestion sin duda clave: ¿quien causatodos los impactos negativos de un embalse hi-droelectrico, la empresa promotora o la sociedadque demanda energıa? La empresa es responsa-ble de realizar la obra hidraulica con la menorafectacion ambiental posible y de explotarla conla mayor eficiencia alcanzable, pero la necesidadde la obra y la presion de uso del recurso hıdricoes la sociedad quien los imprime. Es la respon-sabilidad causal directa antes citada en relacioncon la verdadera sostenibilidad ambiental que sepredica en las sociedades “desarrolladas”.
Desde el punto de vista economico, laenergıa hidroelectrica permite reducir la facturaenergetica anual del Estado Espanol entre 700 y1.700 Me, dado su caracter autoctono y renova-ble de forma natural, y el alto grado de disponibi-lidad de nuestros cursos de agua naturales que,en su practica totalidad, nacen en y discurrenpor territorio nacional, sin mas condicionantes
Hidroelectricidad, embalses y cambio climatico 315
que los derivados de convenios internacionales,en todo caso asumidos voluntariamente por elEstado Espanol. Es pertinente recordar que Es-pana es un paıs pobre en terminos de energıa.Se importa mas del 80% de lo que se consume.Desde el punto de vista tecnico, la energıa hi-
droelectrica es la responsable del mantenimientode la frecuencia y la tension en la red, ası co-mo del seguimiento de la curva de carga de for-ma instantanea, en caso de variaciones rapidas,tanto de la demanda como de la produccion deenergıa. En este sentido, y en una vision histori-ca rapida, se aprecia que la energıa hidroelectricaha desempenado siempre funciones esenciales, einsustituibles, en el Sistema Electrico Espanol.Inicialmente, hasta mas o menos la mitad del
siglo XX, con la hidroelectricidad como practica-mente la unica fuente masiva de energıa electricadisponible en Espana, resultaba evidente el pa-pel esencial desempenado en el mantenimientode la frecuencia y potencia de la red, siguiendode forma instantanea las variaciones de la de-manda.A continuacion se incorporaron al Sistema
grandes grupos termicos de carbon y fuel, quepasaron a suplir la parte masiva de la deman-da, con pequenas variaciones de produccion a lolargo del dıa, y manteniendo la energıa hidro-electrica las mismas funciones de la etapa an-terior. Se anadio una nueva y esencial funciona la hidroelectricidad: la de suministrar de for-ma rapida la energıa detraıda del Sistema por unfallo instantaneo de un gran grupo termico.Posteriormente, con la incorporacion de las
centrales nucleares, las nuevas centrales hidro-electricas de bombeo permitieron el funciona-miento continuo de las nucleares -su forma opti-ma de funcionamiento- absorbiendo los exceden-tes de energıa producida en horas de valle, me-diante el bombeo de agua a un deposito superior,empleando esos recursos para la produccion deenergıa de puntas en horas de mayor demanday precio. Esta funcion, unida en determinadoscasos al bombeo de excedentes de agua produ-cidos por crecidas de origen natural, dio lugar acuatro tipos de beneficios aportados por las cen-trales de bombeo en el uso del agua, ademas dela reposicion rapida del servicio en caso de falloinstantaneo de un grupo nuclear:
Optimizacion energetica, trasladando laturbinacion a las horas de mayor demanda.
Optimizacion economica, bombeando enhoras de precios bajos de la energıa, y tur-binando en las de precios altos.
Optimizacion hidrologica, detrayendo deun curso inferior recursos excedentes enepocas de abundancia o avenidas, alma-cenandolos en un embalse superior, y tras-ladando su uso a epocas de escasez hi-drologica.
Uso eficiente del parque nuclear.
Mas recientemente se han unido al parque ge-nerador las centrales de ciclo combinado, de gasy vapor, que admiten una cierta flexibilidad defuncionamiento, con lo que cooperan en ciertamedida en el seguimiento fino de la demanda.No obstante, el papel principal de estas centra-les es el suministro masivo de energıa, por lo quenuevamente se reafirma el papel de la hidroelec-tricidad, especialmente en la reposicion rapidade fallos instantaneos de grandes grupos nuclea-res o termicos, incluidos los de ciclo combinado.Finalmente, a raız de la incorporacion masiva
al Sistema de las energıas renovables no garan-tizadas (la solar con el 11,2% y la eolica conel 55,5%, respectivamente, de la potencia reno-vable instalada en Espana a 31/12/08), ademasdel posible cero de dichas energıas, debido a lafalta de viento o de sol, han aparecido nuevassituaciones de desajuste de la produccion, con-sistentes en que esta supera a la demanda.Esta circunstancia se dio, por ejemplo, el 2 de
Noviembre de 2008 a primera hora de la manana,dıa y momento en los que la demanda electricaera baja por tratarse de un domingo con tempe-raturas relativamente templadas. A lo largo deese dıa la produccion de origen eolico fue aumen-tando progresivamente hasta unos 7.500 MWh-del orden de 3.200 MWh mas que lo previsto pa-ra esa hora (7:30 AM)- a medida que la demandabajaba, lo que obligo al Operador del Sistema air desconectando potencia termica, hasta un to-tal de 2.000 MW, y a activar una potencia netade bombeo de 2.432 MW, para absorber el ex-cedente que se seguıa produciendo. Ademas, seprocedio a reducir la produccion eolica en 2.800MWh (Artaiz, 2008). Una situacion similar, deexceso de produccion de energıa eolica, se ha da-do recientemente, el 9 de Abril de 2009. En esteultimo caso, la hidraulica contribuyo de formamenos destacada a absorber el exceso de pro-duccion, ya que las circunstancias permitieronincrementar debidamente el saldo exportador deintercambios internacionales.
Perspectivas de futuro
En el ambito europeo, el objetivo plantea-do por la Union Europea es conseguir que el
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ano 2020 el 20% de la energıa total consumi-da proceda de fuentes renovables, incluida lagran hidraulica. Coloquialmente, esta propues-ta se conoce como “objetivo 20-20-20”; en esteobjetivo se incluye tambien la reduccion de emi-siones de gases de efecto invernadero en un 20%respecto a los niveles de 1990.En Espana, la administracion esta elaboran-
do una nueva Ley sobre eficiencia energetica yenergıas renovables, aun en fase de borradoresiniciales. Se supone que a ultimos de 2009 es-tara finalizada esa Ley, para hacer coincidir supublicacion con la Presidencia Espanola de laUnion Europea, que tendra lugar en el primer se-mestre de 2010. De hecho, el primer “gran eje”inspirador de la Presidencia Espanola se orien-tara, entre otras cosas, a afianzar “el liderazgoeuropeo en la respuesta global al cambio climati-co y al desafıo energetico”, segun el informe pre-sentado en su momento por el Ministro de Asun-tos Exteriores al Consejo de Ministros.Por su parte, UNESA (2008) ha estimado el
potencial desarrollo de la energıa hidroelectricaen Espana, cuantificando su lımite tecnico en69.600 GWh/ano. Evidentemente, esta cifra re-sulta espectacular, ya que supondrıa multiplicarpor mas de 2 los valores de energıa hidroelectri-ca producible actualmente, y es preciso tener encuenta que su puesta en practica pasarıa porsu sometimiento a importantes consideracionesde caracter social y economico que la reducirıandrasticamente, con toda probabilidad.En cualquier caso, la viabilidad economica
de esas proyecciones presenta una incertidum-bre muy elevada, en el complicado escenarioeconomico internacional de hoy en dıa y las cifrasindicadas sirven para poner de manifiesto que,desde un punto de vista estrictamente tecnico,existe un gran potencial de incremento de laenergıa hidroelectrica en Espana.
CAMBIO CLIMATICO Y EMBALSES
Teniendo en cuenta que el clima esta en unadinamica de cambios continuos, bien identifica-bles a escala geologica y poco o nada a escalahumana, es obvio que su evolucion ha tenidoefectos sobre los ecosistemas acuaticos, y porello nada impide que los presuntos cambios queahora se vaticinan, afecten a los embalses.Desde hace 50 millones de anos hacia aquı,
la temperatura media de la Tierra se ha ido en-friando como consecuencia de los efectos que aescala astronomica han tenido los cambios de
inclinacion de su eje o los que ha experimenta-do su trayectoria de rotacion y traslacion (Ci-clos de Milankovitch) generando ciclos de cam-bios climaticos a diferentes escalas temporales(100.000 anos, 41.000 anos, 23.000 anos) a losque habrıa que sumar ciclos de cambios menorespropiciados por la actividad solar.El agua en la Tierra es la que es, unos
52×106 Km3, y si se produce algun cambio enlas condiciones que rigen su distribucion entrelos distintos compartimentos existentes (mares yoceanos, polos, continentes, acuıferos, atmosfe-ra), el sistema se reajusta en favor de unos yen perjuicio de otros de esos compartimentos.Hace unos 20.000 anos, el nivel de los oceanosera unos 120 m mas bajo que el actual pero enlos ultimos 10.000 anos, apenas ha sufrido va-riaciones (Camerlenghi, 2009), lo que pone demanifiesto, de entrada, las extraordinarias incer-tidumbres que debe suponer proyectar previsio-nes de cambio climatico a futuro a una escalade 10 o incluso 100 anos.A partir de testigos extraıdos de sedimentos la-
custres, se pueden identificar cambios en el climaque se remontan hacia el pasado, sobre mas omenos decenios, centenares o milenios de anos,en funcion de la profundidad de sedimento ex-plorado y mediante analisis paleolimnologicos sepueden extraer conclusiones acerca de como erael clima en la zona, que vegetacion existıa o queestado trofico tenıa la masa de agua. En los em-balses, con un periodo de vida mucho mas cortoque los lagos y totalmente centrado en las ulti-mas decadas, tambien es posible analizar los se-dimentos e identificar acontecimientos pasados,pero con perfiles un tanto mas desorganizadosque en el caso de los lagos, debido a la explota-cion del volumen de agua embalsado, y funda-mentalmente asociados a episodios de crecidasy estiajes, que son los que determinan cambiosen las tasas de sedimentacion.Lo que se dice que va a suponer el presun-
to cambio climatico anunciado en la actualidad,en paıses del area mediterranea como Espana,es la ya citada reduccion de la precipitacion me-dia anual y el aumento de la torrencialidad en ladistribucion temporal de las lluvias. La cantidady la distribucion temporal del agua, son facto-res clave en la organizacion de los ecosistemasacuaticos continentales (rıos, lagos, embalses yacuıferos), de manera que las posibilidades deque impriman cambios sobre dichos sistemas sonevidentes y sus efectos bien conocidos (Marce etal., 2009).
Hidroelectricidad, embalses y cambio climatico 317
Figura 2. Con las previsiones de cambio climatico, los embalses van a tender hacia con-
diciones crecientes de eutrofizacion, con menos volumen de agua, menor reservahipolimnetica de oxıgeno disuelto y mas disponibilidad interna de nutrientes
Una menor precipitacion media se traducira enuna menor capacidad de dilucion y en tiemposde residencia del agua mayores en los embal-ses. Por otro lado, el volumen medio embalsadopodra ser mas bajo. Por su parte el aumento dela torrencialidad favorecera un incremento de laerosion y por tanto del transporte de sedimen-tos que llegaran a los cursos de agua y quedaranretenidos en los embalses. Dentro de estos, conniveles medios mas bajos, los sedimentos podranllegar con mas facilidad y en mayor cantidad,hasta las inmediaciones de la presa, lo que de-terminara una perdida de volumen hipolimnetico(Figura 2).
En definitiva, menos capacidad de dilucion,mayor disponibilidad de nutrientes, tiempos deresidencia del agua mayores, mayor calentamien-to del agua embalsada, estratificacion termicamas intensa y persistente, menores profundi-dades medias, mas colmatacion, mas recicladointerno de nutrientes y menor volumen hipo-limnetico, son todos los ingredientes adecuadospara fomentar la tendencia hacia la eutrofizacionde los embalses; es decir, aumentar su producti-vidad algal por encima de lo deseable, con cam-bios en negativo tanto en la calidad del aguacomo en las comunidades naturales (aguas sinoxıgeno disuelto en profundidad, malos olorespor formacion de compuestos gaseosos reduci-dos, limitacion de los usos del agua, situacionesde insalubridad, perdidas de biodiversidad, etc.).
EMBALSES Y CAMBIO CLIMATICO
Las vıas de participacion de los embales enel cambio climatico
Todos los seres vivos respiran y los ecosiste-mas, al estar formados en parte por seres vivostambien lo hacen. Por tanto, es obvio que parti-cipan del intercambio de gases con la atmosferay entre estos, de los que tienen efecto inverna-dero. En condiciones naturales, la actividad fo-tosintetica y la respiracion mantienen el equili-brio de carbono en el medio terrestre, mientrasque en los ecosistemas acuaticos hay que contarademas con los procesos de precipitacion quımi-ca y decantacion, de compuestos carbonatados.Los embalses producen, sin duda, gases con
efecto invernadero, pero tambien los captan, losacumulan y pueden enlentecer mucho, o inclu-so evitar, el retorno de una parte de los ele-mentos que forman esos gases a la atmosfera.Es una cuestion de balances, y como en todoslos balances, el resultado depende absolutamen-te de que terminos se hacen intervenir. Para losque persiguen denigrar a los embalses, la partedel balance que interesa es la del intercambioagua-atmosfera, y mejor si se trata de embal-ses eutroficos -que lo son porque la sociedad delbienestar les hace serlo- ya que estos son masproclives a emitir mas gases con efecto inverna-dero.
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Figura 3. En los ecosistemas acuaticos, las formas quımicas mas importantes para el ciclo del
carbono son el dioxido de carbono (CO2), el metano (CH4) y el sistema carbonico-carbonatos (HCO−
3 + CO−23 ). Ademas de la fotosıntesis y la respiracion, en los
ecosistemas acuaticos hay que tener en cuenta la precipitacion o solubilizacion decarbonatos, y su mayor capacidad potencial de produccion de metano a partir dela oxidacion anaerobia de materia organica (Palau y Alonso, 2008)
Afortunadamente, y sin negar la incidencia quelos embalses tienen sobre los ecosistemas acuati-cos, hay autores fuera de toda sospecha (Mar-galef, 1983) que destacan con logica aplastantela condicion de los embalses como sistemas queregulan y retardan flujos de agua, favoreciendouna disminucion de las tasas de renovacion enel ecosistema, lo cual va en el mismo sentido enel que se manifiesta la Sucesion Ecologica y laevolucion natural de los ecosistemas. Esta menortasa de renovacion, hace de los embalses siste-mas propensos a favorecer acumulaciones, fun-damentalmente de sedimentos y materia organi-ca, que quedan retenidos y con el tiempo puedenquedar, al menos en parte, definitivamente fueradel alcance de los ciclos biogeoquımicos anuales.La participacion de los embalses en el cambio
climatico es a traves del ciclo biogeoquımico delcarbono (Figura 3), con cuatro compartimentosy dos interfases implicadas:
Compartimentos: Atmosfera, agua, sedi-mentos y seres vivos.
Interfases: Agua-atmosfera y agua-sedimento.
El balance completo de la participacion netade un embalse en el cambio climatico hay que ex-tenderlo a esos cuatro compartimentos y sus dosinterfases. Pero ademas, en la medida en que losembalses son sistemas artificiales que sustituyen
a otro sistema natural por inundacion, una vezconocido el resultado del balance, lo adecuadoes compararlo con el de ese ecosistema naturaloriginal, para concretar si su sustitucion por elembalse representa o no, una contribucion netaal cambio climatico.
Hay un consenso en que los ecosistemas te-rrestres fijan carbono atmosferico. Lo que ocu-rre es que lo hacen con un balance muy al lımi-te. En el caso de los bosques mediterraneos sehabla de una capacidad de captacion de 50 tnCO2 ha−1 ano−1 pero a menudo se omite queese mismo bosque emite del orden de 45 tn CO2
ha−1 ano−1 con lo que su balance neto es la fija-cion de unas 5 tn CO2 ha−1 ano−1 (≈ 1.400 mgCO2 m
−2 dıa−1). Tampoco se tiene en cuenta enese balance, por la complejidad metodologica, loque respira toda la vida heterotrofa que alber-ga el bosque y tampoco la respiracion bacterianaasociada a la materia organica que el bosque ex-porta. Ademas, parece ser que las emisiones demetano en suelos forestales, consideradas habi-tualmente bajas o despreciables, pueden no serlotanto bajo determinadas condiciones (Megonigaly Guenther, 2008).
Cuando se hacen bien los numeros se puedellegar a situaciones aparentemente extranas paraquienes se han habituado a vivir entre los dog-mas. Ası, un campo agrıcola abandonado pro-duce mas oxigeno y fija mas CO2 por unidad desuperficie, que la selva tropical (Margalef, 1992),
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donde la respiracion de los organismos heterotro-fos es enorme.
Queda aun un aspecto a considerar en el ba-lance de carbono de los embalses y que ya se hainsinuado en un apartado anterior. Los embalsesinterfieren en el flujo de carbono que transpor-tan los rıos, procedente del lavado de los ecosis-temas terrestres. De esta forma, la parte de car-bono (tanto organico como inorganico) que losecosistemas terrestres expulsan y que por tan-to no terminan de procesar, acaba llegando aalgun embalse donde con tiempos de residenciadel agua mayores que en los rıos, si puede proce-sarse todo ese carbono, contribuyendo al balancey las eventuales emisiones de gases con efecto in-vernadero del embalse. Es decir, una parte y nopoco importante, del carbono que procesa unembalse, no ha sido generada por el. Le vienede su cuenca tributaria, la cual disfruta, a travesde este proceso, de unos balances de carbonomas favorables al quitarse de encima una partede materia organica carbonatada cuya emisionde gases invernadero no se produce dentro delbalance de las masas forestales sino de los em-balses.
De la ecologıa trofica general se sabe quelos ecosistemas terrestres son fundamentalmen-te exportadores de produccion, mientras que losacuaticos -a gran escala en el caso de mares yoceanos, y a una escala muy modesta en los eco-sistemas acuaticos epicontinentales- tienen to-dos los mecanismos para actuar como sumiderosde carbono, tanto del que captan de la atmosfe-ra como del que reciben de los continentes. Esaes una de sus principales funciones dentro de labiosfera.
Los gases con efecto invernadero en losembalses
No todos los embalses procesan del mismomodo el carbono, ni tampoco en todos los mo-mentos de su vida esos embalses mantienen losmismos procesos activados con relacion al car-bono.
Basicamente el procesado del carbono en unembalse depende del estado de conservacion, losusos y las actividades de su cuenca tributaria yla localizacion del embalse dentro de la cuenca(tramos de cabecera, tramos bajos,...) que de-terminaran la cantidad y forma de las entradasde carbono y de nutrientes. Tambien dependede la morfologıa del vaso de embalse, que juntocon el tipo de explotacion del volumen de agua y
las caracterısticas fısico-quımicas de esta, deter-minan la vocacion trofica que tendra el embalsesobre el eje oligotrofia-eutrofia.Con el fin de sintetizar el funcionamiento de
los embalses en relacion al cambio climatico,puede decirse que existen dos tipologıas extre-mas de embalse y dos momentos diferenciablesdentro del ciclo de vida de ellas. Como tipologıasestan los embalses tropicales y los embalses bo-reales, estos ultimos bastante asimilables a bue-na parte de los embalses templados; y como mo-mentos del ciclo de vida del embalse, estan losprimeros anos tras la primera inundacion -lo quese conoce como el periodo de maduracion- y losanos posteriores.La Figura 4 muestra el intercambio agua-aire,
de gases con efecto invernadero para embalsesboreales y templados, durante los primeros anosde inundacion y en los anos siguientes. Por suparte la Figura 5 hace lo propio pero para losembalses tropicales.Ademas de las entradas procedentes de los tri-
butarios (escorrentıa), un embalse tiene comofuentes de carbono, la movilizacion por lavado(erosion) de la franja arida de oscilacion del ni-vel de agua y el que se descompone en el fon-do y sobre los sedimentos (hipolimnion) a partirde la materia organica que estos contienen y dela materia organica particulada producida en lascapas de agua superficiales (plancton) que vasedimentando.Durante los primeros anos de llenado, en cual-
quier embalse, se debe descomponer toda la car-ga de materia organica que queda cubierta porel agua, a expensas de una actividad quımica ybacteriana que utiliza el oxıgeno disuelto en elagua. A mayor carga de materia organica pa-ra descomponer, mayor consumo de oxıgeno di-suelto y mayor reduccion de su concentracion enel agua. En tanto la descomposicion de materiaorganica sea por vıa aerobia, el producto resul-tante sera el CO2.Si el agua del embalse no se encuentra termi-
camente estratificada; es decir, se mantiene alo largo de toda la columna con muy poca di-ferencia de temperatura entre la superficie y elfondo, existe una gran reserva de oxıgeno disuel-to que, ademas se puede ir restituyendo desde laatmosfera o redistribuyendo a partir de la pro-duccion fotosintetica algal del propio embalse.Esta situacion de columna de agua mezclada seproduce, en la zona templada, en primavera yotono, y tambien en invierno, si no se forma hie-lo en la superficie del embalse.
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Figura 4. Emisiones de gases con efecto invernadero, en embalses boreales y templados
durante el periodo de maduracion (primeros anos tras el primer llenado) ydespues de este (>10 anos). Modificado de (Palau y Alonso, 2008)
Figura 5. Emisiones de gases con efecto invernadero, en embalses tropicales durante el
periodo de maduracion (primeros anos tras el primer llenado) y despues de este(>10 anos). Modificado de (Palau y Alonso, 2008)
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Por el contrario si la masa de agua embalsadaesta estratificada termicamente (verano en losembalses boreales y templados, y todo el ano enlos tropicales) se establece un gradiente de tem-peratura que es a su vez un gradiente de den-sidad para el agua, de forma que las aguas defondo, mas frıas y por tanto mas densas y pesa-das, no pueden mezclarse con las superficiales.Se forma lo que se conoce como un metalim-nion o termoclina, que separa verticalmente doscompartimentos en el embalse: el epilimnion (ensuperficie) y el hipolimnion (en fondo).
Inicialmente ambos compartimentos tienendisponibilidad de oxıgeno disuelto, pero mientrasel epilimnion tiene medios para reponer cualquierconsumo de oxıgeno (a partir de la atmosfera yde la actividad fotosintetica), el hipolimnion no.
Con el primer llenado de un embalse, en tan-to el embalse no este estratificado, se puede irdescomponiendo la materia organica inundada(vegetacion, humus,...) sin demasiados proble-mas; en el momento en que el embalse se estra-tifique, el agua del hipolimnion empieza a per-der oxigeno disuelto y si la cantidad de materiaorganica es suficientemente importante, puedellegar a quedarse sin, entrando en una situacionde anoxia que pone en marcha procesos anaero-bios de descomposicion de la materia organica,cuyo producto final es el metano (CH+
4 ), un gasunas 21 veces mas activo que el CO2 en terminosde efecto invernadero.
Los embalses boreales y templados (Figura4) tienen unos periodos de maduracion muchomas rapidos (5-8 anos) que los tropicales, pe-ro sobre todo, al no estar permanentemente es-tratificados como estos ultimos, y no recibir -habitualmente- tanta carga de materia organi-ca una vez transcurrida su maduracion, acabanemitiendo unas cantidades de CO2 comparablesa lagos de similares caracterısticas y estado trofi-co, con muy poco CH+
4 que, ademas, se oxidacon facilidad en su difusion desde el sedimentoa la superficie, de manera que la emision de es-te gas no suele ir mas alla del 1% de lo que seproduce (Margalef, 1983).
Por el contrario, los embalses tropicales siem-pre o casi siempre estratificados, disponen demenos capacidad de oxigenacion de sus aguas,tienen el agua a mas temperatura -lo que redu-ce la solubilidad del oxıgeno disuelto y propiciauna mayor actividad bacteriana- y reciben ma-yor carga de materia organica a lo largo de suvida (toda la que exporta su cuenca tributaria),de manera que acaban con anoxia persistente ycon una produccion notable de CO2 y tambien
de CH+4 . Al acabar su proceso de maduracion,
las emisiones revierten, pero se mantienen com-parativamente altas con relacion a los embalsesboreales y templados.
A modo de referencia, una vez finalizado elperiodo de maduracion, los embalses tropicalesemiten en promedio (Rosa et al., 1997; 1999)unos 3.630 mg CO2 m−2 dıa−1 mientras que losboreales y templados emiten de forma parecida alos lagos geograficamente correspondientes, al-rededor de 1.130 mg CO2 m
−2 dıa−1 (Ducheminet al., 1999; Tremblay et al., 2005).
De acuerdo con todo lo expuesto, el balancede carbono de un embalse depende, en gran me-dida, de su estado trofico; es decir de la cantidadde materia organica que debe procesar. En ge-neral un sistema oligotrofico, es un sistema pocoproductivo y que funciona con un ciclo de car-bono muy cerrado, sin apenas intercambios delagua con la atmosfera y los sedimentos, mien-tras que en sistemas eutroficos, muy producti-vos, el sistema tiende a externalizar los exceden-tes de carbono que le toca procesar, tanto haciala atmosfera (gases) como hacia los sedimentos(materia organica e inorganica carbonatada).
Tanto los lagos como los embalses, cuantomas elevado sea su estado trofico, mayor can-tidad de CO2 atmosferico fijan. Sin embargo, elbalance final neto depende de otras caracterısti-cas que determinan la potencialidad de retornarel carbono fijado a la atmosfera. Entre ellas, lasmas importantes serıan el grado de oxidacion delos sedimentos y la reserva alcalina. Si los se-dimentos que se van enriqueciendo en carbonopermanecen anoxicos, este quedarıa inmoviliza-do o pasarıa a CH+
4 , aunque esta ultima rutasolo se produce de forma eficiente cuando no haySH2, el cual inhibe la actividad metanogenica.Por otro lado, si hay suficiente calcio en el agua,los incrementos de pH ligados a la fotosıntesisfavorecen la precipitacion de CaCO3, el cual esmuy poco soluble. Consecuentemente el modelode embalse con mayor capacidad para secuestrarcarbono serıa aquel con aguas eutroficas, pro-fundas, y de elevada mineralizacion, tanto porcalcio como por sulfatos; estos ultimos por serprecursores del SH2. Por otro lado, los eutrofi-cos y poco profundos, particularmente si son deaguas debilmente mineralizadas, devolverıan elcarbono fijado a la atmosfera en forma de CO2
y/o CH4, y el balance neto relacionado con laproduccion-respiracion-descomposicion tenderıaa ser nulo.
Los sedimentos -su composicion y suestructura- juegan, por tanto, un papel impor-
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tante en el balance de carbono de los embalses,tanto durante el proceso de maduracion como enel resto de su ciclo de vida. Ocurre ademas quelos embalses, nacen condenados a irse rellenan-do de sedimentos de forma mas rapida que loslagos al no encontrarse en equilibrio hidrogeo-morfologico con su cuenca tributaria. Los arras-tres que les llegan desde el rıo tributario vandepositandose en el fondo del vaso de embal-se y van enterrando la materia organica, y porlo tanto el carbono, tanto la de origen aloctonocomo la sintetizada en el propio embalse. Unaparte importante de estos materiales, tanto ma-yor cuanto mas alta sea la tasa de aterramientodel embalse, va quedando enterrada en el sedi-mento, sin posibilidad de retornar al agua, biensea adsorbida a carbonatos precipitados o acu-mulada en distintos estadios de descomposicion(lıpidos, carbohidratos, proteınas, aminoacidos,acidos grasos, pigmentos...).
CONCLUSIONES
La hidroelectricidad es una energıa renovableclave en el abastecimiento de la demanda, porsu, hoy por hoy insustituible capacidad operati-va a la hora de permitir ajustar la produccionde energıa a la demanda a una escala tempo-ral practicamente inmediata (minutos), ası co-mo por las garantıas de estabilidad que ofreceen el mantenimiento de la calidad de la energıasuministrada y su papel de apoyo a los sistemasde produccion de energıa poco o nada regula-bles, bien sea por el propio proceso productivo(centrales termicas, nucleares,) o por la depen-dencia de factores imprevisibles (aerogenerado-res, paneles solares,). Mediante las centrales hi-droelectricas de bombeo, se posibilita ademas laacumulacion de energıa en forma de volumen ysalto de agua, durante las horas con exceden-tes de produccion de cualquier origen, para suaprovechamiento eficiente en horas de maximademanda.La hidroelectricidad, a gran escala, se produce
a partir de embalses, cuya construccion y explo-tacion comportan afectaciones a los ecosistemasnaturales, exactamente igual que lo hace cual-quier otra gran obra o intervencion humana (cul-tivos agrıcolas, ganaderıa, vıas de comunicacion,pesquerıas, ). Se trata de decidir si esas afecta-ciones son todas responsabilidad de la empresaque tiene como negocio producir energıa a partirdel agua, o si existe una responsabilidad socialen quien genera la demanda de esa energıa. Elsentido comun conduce a pensar que a las em-presas productoras de energıa se les debe exigir
la maxima eficiencia y la mınima afectacion am-biental, en los medios que utilicen para extraerenergıa de la naturaleza, del mismo modo que ala sociedad se le debe exigir que no despilfarre niun KWh de energıa y que sea consciente que esella y no la empresa de energıa la unica respon-sable de la presion de explotacion que el uso dela energıa imprime a los ecosistemas naturales.
Los embalses, van a experimentar efectos de-rivados del cambio climatico, como lo han hechotodos los ecosistemas a lo largo de la historia dela Tierra. Con las actuales previsiones, lo masprobable es que los embalses tiendan a nivelesde eutrofia crecientes.
En cuanto a la contribucion de los embalses alcambio climatico, esta se vehicula a traves del ci-clo biogeoquımico del carbono. En este ciclo hayinevitablemente emisiones de compuestos gaseo-sos de carbono, que tienen efecto invernadero(CO2 y CH+
4 ). Sin embargo esas emisiones noson mas que una parte, y a menudo cuantitati-vamente pequena, del carbono que procesan losembalses.
La mayor parte del flujo de carbono que pasapor un embalse proviene de su cuenca tributaria,incorporandose al ecosistema acuatico en formade carbono organico particulado (arrastres dehojarasca, pequenos organismos,) o como car-bono inorganico disuelto (HCO−
3 , CO−23 ,...). En
la medida en que los embalses aumentan el tiem-po de residencia del agua con respecto al tramode rıo que sustituyen, se convierten en obligadosprocesadores de todo el carbono aloctono quereciben, ademas del propio que producen.
En los embalses se producen flujos de carbonoen las dos interfases aire-agua y agua-sedimento,y el balance global de estos intercambios depen-de en gran medida del estado trofico del embalsey de otros factores (caracterısticas fısico-quımi-cas del agua y los sedimentos, gestion del em-balse,...).
Lo habitual es que los embalses de la zonatemplada, emitan cantidades reducidas de CO2
a la atmosfera y poco o nada de metano, y lohabitual tambien es que retengan bastante mascarbono del que emiten, en los sedimentos, conlo que su contribucion neta al cambio climaticoes negativa.
Teniendo en cuenta que los balances siemprehay que hacerlos en sistemas o procesos lo mascerrados posible, para evitar incertidumbres, enel caso de los embalses quizas lo adecuado serıahacer balances de carbono incorporando todo elciclo de este elemento en su cuenca tributaria,dado que, como ya se ha dicho, una parte muy
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importante del carbono que procesan los embal-ses, les viene de su cuenca.Con los anos, los embalses de la zona boreal y
templada, tienden a presentar emisiones netas degases con efecto invernadero, muy equiparablesa las de lagos de similares caracterısticas y si secomparan los balances del embalse con el ecosis-tema terrestre al que reemplazaron, no siempreel balance es peor (Palau y Alonso, 2008).La conclusion es que no se puede generalizar
sobre una contribucion neta de los embalses alcambio climatico, ni tampoco se puede afirmarque los embalses emiten mas CO2 que los la-gos naturales equivalentes. Lo que si es ciertoes que la energıa hidroelectrica esta entre las demenor emision de gases invernadero, cuando secompara con otras fuentes.En el analisis de la presunta contribucion de
los embalses al cambio climatico hay, finalmen-te, un aspecto que no se puede obviar: todo elcarbono que interviene en el balance de un em-balse, es carbono actual; es decir, es un carbonoque ha sido recientemente fijado en su cuencao en su propia masa de agua y por tanto nopuede suponer un incremento neto de los gasesinvernadero en la atmosfera. Es un retorno, noun incremento. Solo al caso de los embalses quetransforman una parte del dioxido de carbonofijado en metano, y que lo emiten en cantida-des importantes, se le puede atribuir una contri-bucion al efecto invernadero, al ser el CH+
4 uncompuesto mucho mas activo que el CO2 en lainterferencia de la irradiacion de calor terrestre.Todo ello siempre que el ecosistema terrestre alque hubieran sustituido tales embalses, no pro-dujera emisiones similares reales de gases conefecto invernadero..
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