Hidrologia de descàrrega i generació hidroelèctrica: l'equilibri entre aigua, energia i sostenibilitat

L’aigua és un recurs fonamental per a la societat moderna. A més de l'ús domèstic, industrial i agrícola, l'aigua és essencial per a la generació d'electricitat. Durant més d'un segle, els rius i els embassaments han estat una part essencial del sistema elèctric espanyol.

A la dècada del 1940, l'energia hidroelèctrica era la principal font d'energia, representant més del 90% de l'electricitat consumida. Avui dia, la situació ha canviat i l'energia hidràulica coexisteix amb tecnologies com l'energia solar, eòlica, nuclear i tèrmica. Tot i que ha perdut terreny en el mix elèctric, representant el 13,3% el 2024, continua sent una font d'energia essencial perquè combina la seva naturalesa renovable, ja que no emet gasos d'efecte hivernacle, amb la seva flexibilitat, capaç de respondre en minuts o fins i tot segons als canvis de la demanda.

Com es produeix l'electricitat a partir de l'aigua

El principi de funcionament d'aquest tipus d'energia rau en el moviment de l'aigua que flueix pels rius o emmagatzemada en embassaments i que posteriorment s'allibera. La quantitat d'aigua que flueix cap a una turbina està directament relacionada amb la quantitat d'electricitat que es pot produir i es coneix com a descàrrega hidrològica.

En altres paraules, quan parlem de descàrrega, ens referim al flux hidràulic que passa per una turbina, fent que el seu impulsor giri. En aquest procés, l'energia potencial (de l'alçada des de la qual cau l'aigua) i l'energia cinètica (de la velocitat a la qual arriba) es transformen en energia mecànica de rotació, que finalment es converteix en electricitat mitjançant el generador connectat a la turbina.

Descàrrega hidrològica i el seu impacte en el sistema elèctric

Tot i que el terme descàrrega hidrològica sembla un concepte simple, té un impacte directe en la seguretat del subministrament, els preus de l'electricitat i la gestionabilitat de l'energia hidràulica quan funciona conjuntament amb altres tecnologies de generació d'electricitat.

A Espanya, l'any 2024, la potència hidroelèctrica instal·lada era de 17.097 MW, el que representa el 12,91% de la potència total instal·lada (132.343 MW). Va generar 34.912 GWh, el que representa el 13,3% de l'electricitat total produïda. La relació entre l'aigua i l'energia és molt estreta, sobretot en anys amb molta pluja, com el 2024, quan hi va haver un augment del 35,5% en la generació hidroelèctrica respecte a l'any anterior.

Tipus de centrals hidroelèctriques i gestió dels cabals

La descàrrega hidrològica és un concepte crític per a les centrals hidroelèctriques i no és el mateix en totes les centrals. Hi ha casos en què la producció depèn de la quantitat d'aigua disponible en un punt i moment determinats, és a dir, del cabal disponible al riu. En altres casos, l'aigua embassada es gestiona alliberant un flux hidràulic a la turbina, tenint en compte diverses variables tècniques, econòmiques i ambientals com ara: el preu i la demanda d'electricitat, les previsions meteorològiques, la capacitat de l'aigua embassada i els cabals ecològics, entre d'altres.

A més, no tots els rius tenen cabals estables que permetin l'aprofitament de l'aigua. Aquests tendeixen a ser més estables en zones humides com Galícia o Cantàbria, i més irregulars en zones com l'est o el sud, on les sequeres són habituals i les pluges són intenses.

Centrals de pas: generació sense emmagatzematge

Per tant, la hidrologia de descàrrega condiciona el funcionament de la central hidroelèctrica. Com s'ha esmentat anteriorment, n'hi ha dos tipus principals: les anomenades centrals de pas o hidroelèctriques de flux, que desvien l'aigua del riu cap a la turbina i la retornen al seu curs immediatament després. En aquest tipus de centrals, gairebé no hi ha capacitat d'emmagatzematge excepte petits embassaments reguladors, de manera que si hi ha menys pluja, es produeix menys electricitat, i si hi ha més pluja, es produeix més electricitat. Es tracta d'instal·lacions que aprofiten els pendents pronunciats i els rius estables, però tenen poc marge de regulació.

Centrals de peu de presa: la gran bateria hidràulica

Molt diferents són les centrals a peu de presa, associades a grans embassaments, on s'emmagatzema l'aigua i s'allibera quan l'operador ho decideix. Aquestes centrals actuen com una gran bateria hidràulica, capaç d'emmagatzemar energia potencial i convertir-la en electricitat quan més es necessita. Aquesta flexibilitat és crucial en un sistema elèctric que depèn en gran manera de les energies renovables intermitents com l'energia eòlica i solar, que depenen del vent i del sol i necessiten suport quan aquests recursos no estan disponibles.

Distribució geogràfica i capacitat instal·lada a Espanya

Espanya té una gran varietat hídrica. A la zona atlàntica, els grans rius Duero, Tajo i Guadiana tenen grans conques i abocaments freqüents, cosa que permet la construcció de grans preses i centrals hidroelèctriques. A la costa mediterrània, però, els rius tendeixen a ser més curts, amb cabals molt variables i pics extremes. L'Ebre és la gran excepció, amb un cabal mitjà d'uns 600 metres cúbics per segon a la desembocadura.

La major part de la potència hidràulica instal·lada a Espanya es concentra en unes poques regions: Castella i Lleó, amb un 25,7%, principalment a la conca del Duero. Galícia, amb un 21,8%, a causa dels seus rius abundants i del seu terreny muntanyós amb majors diferències d'elevació que altres regions. A més, regions com Extremadura, Catalunya i Aragó representen el 30% de la capacitat instal·lada. En altres paraules, cinc regions representen gairebé el 80% de la potència hidroelèctrica instal·lada del país.

Com la hidraulicitat influeix en la producció i els preus de l'electricitat

Les dades de Red Eléctrica Española (REE) mostren clarament com la hidraulicitat, que depèn de les precipitacions i dels patrons de pluja i es tradueix en la quantitat d'aigua disponible als rius i embassaments, afecta la producció d'energia. El 2023, un any sec, l'energia hidràulica va generar 25.273 GWh d'electricitat, cosa que representa el 9,5% del total. Durant aquell any, les centrals de gas i carbó van tenir un paper més important en la satisfacció de la demanda, cosa que va donar resultat a un preu mitjà de 87,1 €/MWh.

El 2024, la situació va canviar. La producció hidroelèctrica va augmentar un 35,5% fins als 34.912 GWh, cosa que representa el 13,3% del total. Al mateix temps, la generació del cicle del carbó i del gas va disminuir un 25% i un 30%, respectivament. Tenint en compte els factors d'emissió de les centrals de cicle combinat de gas natural i carbó, 0,35 tCO₂/MWh i 0,90 tCO₂/MWh respectivament, aquesta major contribució de l'energia hidroelèctrica va evitar l'emissió d'uns 3-4 milions de tones de CO₂.

A més, l'anomenat índex de productivitat hidràulica, que compara quanta electricitat es genera amb l'aigua disponible en comparació amb el que seria normal en un any mitjà, va passar de 0,94 el 2023 a 1,24 el 2024. En altres paraules, el 2023 hi havia molta menys aigua que el 2024, quan els embassaments van tancar al 52,3% de la seva capacitat, cosa que va proporcionar un cert marge per a la generació d'energia hidroelèctrica en els moments de més necessitat. Aquesta major disponibilitat hidràulica va contribuir a la reducció dels preus de mercat, donant lloc a un preu mitjà més baix de 76,3 €/MWh.

Tanmateix, cal destacar que aquesta baixada de preus no es va deure únicament a l'augment de la contribució de les centrals hidroelèctriques. També va estar influenciada per l'evolució dels preus del gas natural, que sovint determinen el cost marginal del mercat diari, així com per la contribució d'altres tecnologies renovables, tot i que en certs moments l'energia hidroelèctrica va tenir un paper significatiu en la determinació del cost marginal.

La descàrrega hidrològica com a recurs estratègic

Aquest conjunt de xifres mostra clarament com el cabal hidrològic es converteix en electricitat i euros. En anys plujosos, la hidràulica esdevé una aliada del sistema, reduint les emissions i contribuint a la baixada dels preus. En anys de sequera, el sistema es veu obligat a dependre més dels combustibles fòssils, cosa que augmenta els costos i les emissions. La variabilitat hidrològica és alhora un obstacle i un avantatge, requereix una barreja diversificada, però quan l'aigua està disponible, esdevé un recurs estratègic, capaç de proporcionar energia neta i flexible just quan més es necessita.

És important recordar que, a més d'energia, el sistema hidroelèctric proporciona serveis de regulació del caudal i de seguretat. Les preses permeten controlar les crescudes i asseguren els cabals ecològics dels rius. A més, des de la perspectiva del sistema elèctric, permeten cobrir els pics sobtats de demanda i contribueixen a la regulació de la freqüència i el voltatge del sistema, cosa que és particularment important amb l'electrificació progressiva de l'economia. En aquest context, la hidràulica actua com una mena d'assegurança. Tot i que representa al voltant del 13% de la producció anual, en determinades ocasions específiques pot diferenciar entre un sistema equilibrat i un d’estressat.

Canvi climàtic i els reptes de l'energia hidràulica

També cal destacar que el canvi climàtic està alterant els patrons de precipitació a la península Ibèrica, on s'espera una disminució de les precipitacions, sequeres més llargues i pluges més concentrades. Tal com ha assenyalat el Centre d'Estudis i Experimentació d'Obres Públiques (CEDEX), les aportacions en conques fluvials com el Tajo, el Guadiana i el Segura podrien disminuir entre un 7% i un 14% el 2050. No obstant això, a les conques del nord, el descens seria més moderat. Aquesta tendència requerirà una gestió de l'aigua més avançada i millors connexions entre regions per tal que l'energia hidroelèctrica pugui continuar sent un component fonamental del sistema elèctric. Caldrà combinar les capacitats de predicció hidrològica amb les noves tecnologies de digitalització, teledetecció i modelització climàtica per anticipar millor els escenaris de cabal.

El futur de la hidrologia de descàrrega a Espanya

La hidrologia de descàrrega, per tant, és el pont entre la natura i l'energia. Cada litre d'aigua que flueix per un riu a Espanya té el potencial de ser convertit en energia renovable. La seva variabilitat influeix en el preu de l'electricitat, contribueix a la seguretat del subministrament i està vinculada a decisions estratègiques, ambientals i econòmiques. Durant dècades, Espanya ha pogut beneficiar-se d'aquesta connexió construint preses, centrals elèctriques i una xarxa de regulació d'aigua que serveix de model a escala internacional. El repte ara és preservar i millorar aquest llegat en un escenari de major incertesa climàtica, amb més fonts renovables intermitents a la xarxa i una creixent consciència social i ambiental per garantir la sostenibilitat.