Energía hidroeléctrica

La energía hidroeléctrica convierte en electricidad la energía potencial del agua que cae. Es la fuente renovable más antigua y todavía la mayor. En 2025 generó unos 4.400 TWh, alrededor del 14 % de la electricidad mundial, más que la nuclear, la eólica o la solar por separado. La potencia instalada en el mundo, bombeo incluido, ronda los 1.400 GW según la International Hydropower Association. La hidráulica ofrece algo que la eólica y la solar no pueden dar por sí solas: almacenamiento a gran escala y de larga duración, y una producción gestionable capaz de seguir la demanda en cuestión de minutos. Gracias a esa flexibilidad es la columna vertebral de las redes de Noruega, Brasil y Canadá, y en otros lugares se ha convertido en un socio cada vez más valioso de las renovables variables.

Cómo funciona la energía hidroeléctrica

El agua situada en altura tiene energía potencial. Al bajar por una tubería llamada tubería forzada, la presión aumenta en la parte inferior. Después el agua atraviesa una turbina, cuyo rodete transforma esa presión y esa velocidad en giro. Un generador síncrono montado en el eje de la turbina produce corriente alterna a la frecuencia de la red, y un transformador eleva la tensión para el transporte.

La potencia depende solo de dos variables del emplazamiento: el caudal y el salto hidráulico, es decir, la altura vertical que recorre el agua al caer.

La potencia crece de forma lineal con el caudal y con el salto. Por eso un arroyo de montaña con un desnivel de 600 m puede igualar a un río de llanura con mucho caudal y un salto de 6 m, aunque cada uno necesite una turbina completamente distinta. La calculadora de microhidráulica aplica esta fórmula a un arroyo pequeño.

Tipos de turbina

• Turbinas Francis: son turbinas de reacción. El agua entra en sentido radial por unos álabes directrices regulables y sale en sentido axial. Abarcan la gama más amplia, desde unos 10 m hasta 700 m de salto, y mueven la mayoría de las grandes presas, incluidos los grupos de 700 MW de las Tres Gargantas e Itaipú. Su rendimiento máximo supera el 94 %.
• Turbinas Kaplan: turbinas de reacción tipo hélice con palas orientables, pensadas para saltos bajos (unos 2–40 m) y caudales grandes. Se encuentran en las centrales fluyentes de los grandes ríos. Las turbinas bulbo, una variante de la Kaplan con el generador encapsulado dentro del conducto de agua, trabajan con saltos muy bajos, también en las centrales mareomotrices de presa.
• Turbinas Pelton: son turbinas de acción. Unos chorros a gran velocidad salen de los inyectores y golpean las cucharas de una rueda. Van bien con saltos altos, desde unos 200 m hasta más de 1.800 m, y caudales moderados, como en los aprovechamientos alpinos y noruegos.
• Turbinas de flujo cruzado y Turgo: cubren nichos de la minihidráulica, donde el bajo coste y la robustez cuentan más que el rendimiento máximo.

Tipos y principales variantes

Centrales de embalse (con regulación)

Una presa cierra el río y forma un embalse que guarda agua durante días, estaciones e incluso años. Los operadores la sueltan cuando la electricidad vale más, así que la central funciona como una batería enorme que se carga con la lluvia y el deshielo. Los embalses también abastecen de agua para riego y consumo y sirven para laminar avenidas, usos que pueden chocar con la generación eléctrica. Las mayores centrales son todas de embalse: Tres Gargantas en China (22,5 GW, normalmente unos 100 TWh al año), Baihetan (16 GW), Itaipú en la frontera entre Brasil y Paraguay (14 GW, con récords anuales por encima de 100 TWh), Xiluodu (13,9 GW), Belo Monte en Brasil (11,2 GW) y Guri en Venezuela (unos 10 GW).

Centrales fluyentes

Las centrales fluyentes desvían parte del caudal natural del río por un canal o un túnel hasta las turbinas, o se sitúan tras un azud bajo con poca capacidad de regulación (a menudo unas pocas horas como mucho). Su producción sigue al río y alcanza el máximo con el deshielo de primavera o la estación de lluvias. Las inundaciones y los realojos pesan mucho menos, pero siguen siendo necesarios pasos para peces y caudales ecológicos mínimos. Muchas grandes centrales del Danubio, el Rin y el Columbia trabajan en gran medida como fluyentes.

Centrales de bombeo

El almacenamiento por bombeo mueve agua entre un embalse superior y otro inferior. Bombea hacia arriba cuando la electricidad es barata o abundante y genera cuando escasea. Las bombas-turbina reversibles modernas logran un rendimiento de ida y vuelta de alrededor del 70–85 %. La potencia de bombeo instalada en el mundo ronda los 180–190 GW (IHA, 2024) y todavía concentra más del 90 % de la electricidad almacenada del planeta, medida en energía; China es, con mucha diferencia, el país que más potencia nueva construye. La mayor central, Fengning, en Hebei, ha llegado a 3,6 GW. Los sistemas de «circuito cerrado» o fuera de cauce se mantienen completamente alejados de los ríos, y la Australian National University ha identificado cientos de miles de posibles emplazamientos de este tipo en todo el mundo. Puedes dimensionar un proyecto con la calculadora de almacenamiento por bombeo o compararlo con las baterías en almacenamiento en baterías.

Minihidráulica y microhidráulica

Las definiciones varían. Por pequeña hidráulica se entiende normalmente menos de 10 MW (algunos países usan 30 o 50 MW), por minihidráulica menos de 1 MW y por microhidráulica menos de 100 kW. La microhidráulica da electricidad a aldeas remotas de Nepal, Perú y África oriental, y suele ser la electricidad aislada de la red más barata allí donde un arroyo de caudal estable tiene un desnivel aprovechable.

Rendimiento y factor de capacidad

Ninguna otra tecnología de generación convierte la energía con tanta eficiencia. Las grandes centrales bien mantenidas alcanzan un 90–95 % del agua al cable, frente al 35–60 % de las centrales térmicas y alrededor del 20–23 % de los módulos solares. El factor de capacidad es otra historia: lo limitan el agua disponible y la decisión de funcionar para cubrir las puntas de demanda en lugar de producir de forma constante.

La base de datos de costes de IRENA sitúa el factor de capacidad medio ponderado de la hidráulica nueva en el mundo en torno al 45–55 % en los últimos años, con mucha dispersión. Las centrales de punta noruegas y suizas funcionan menos horas por diseño, mientras que los ríos ecuatoriales de caudal regular funcionan más. La producción también oscila de un año a otro con las lluvias. La sequía hundió la producción hidroeléctrica en Europa en 2022, en Sichuan y Yunnan (China) en 2022–2023 y en Brasil en 2021, un riesgo climático cada vez mayor para los sistemas que dependen de la hidráulica.

Costes

La hidroeléctrica exige mucho capital y cada emplazamiento es distinto, pero una vez construida produce electricidad barata durante décadas. El informe Renewable Power Generation Costs in 2023 (2024) de IRENA da un LCOE medio ponderado mundial de unos 0,057 USD/kWh para la hidráulica puesta en servicio en 2023. El coste total de instalación fue de unos 2.800 USD/kW de media, más que a principios de la década, porque los emplazamientos son cada vez más remotos y complejos. Los proyectos concretos van desde menos de 0,03 USD/kWh en grandes centrales de China, Brasil y África hasta bastante más de 0,15 USD/kWh en emplazamientos pequeños o remotos y difíciles. El LCOE+ de Lazard no analiza en detalle la hidráulica nueva. El ATB de NREL coloca la hidráulica nueva de EE. UU. en tramos de río sin aprovechar entre las renovables más caras, porque los mejores emplazamientos del país se represaron hace décadas; modernizar presas existentes o añadir turbinas a presas que no generan suele salir mucho más barato.

Dos factores distorsionan las comparaciones simples de LCOE. El primero: la obra civil puede durar un siglo, de modo que las centrales amortizadas en 30–40 años siguen generando con un coste marginal muy bajo; buena parte del parque actual de Europa y Norteamérica es anterior a 1980. El segundo: los sobrecostes son habituales. Un estudio de Ansar et al. (2014) sobre 245 grandes presas encontró sobrecostes medios de cerca del 96 % en términos reales, con retrasos medios del 44 % en los plazos. El bombeo se mide mejor con el LCOS, y suele competir con las baterías para duraciones de ocho horas o más.

Suelo, agua y materiales

Los grandes embalses inundan mucho terreno. La superficie ocupada por unidad de energía varía en varios órdenes de magnitud: bastante menos de 1 m² por MWh/año en los aprovechamientos alpinos de salto alto y decenas de metros cuadrados en embalses de llanura poco profundos como el de Balbina, en Brasil, que anegó unos 2.400 km² para 250 MW. Tres Gargantas sumergió alrededor de 630 km² y obligó a realojar a unos 1,3 millones de personas. La World Commission on Dams (2000) calculó que las presas habían desplazado a entre 40 y 80 millones de personas en todo el mundo, muchas sin una compensación justa.

La hidráulica no consume agua como la refrigeración de las térmicas, pero los embalses pierden agua por evaporación, y en climas cálidos y secos eso puede suponer grandes volúmenes por MWh. Las presas fragmentan los ríos, retienen sedimentos que de otro modo regenerarían deltas y tierras de cultivo aguas abajo, y alteran la temperatura y el oxígeno del agua. Los materiales son sobre todo hormigón, escollera y acero. Repartidos a lo largo de una vida útil muy larga, el consumo de materiales por MWh producido resulta muy bajo.

Emisiones de CO2 en el ciclo de vida

Ninguna renovable tiene un rango de emisiones tan amplio. El IPCC AR5 WGIII Annex III (2014) recoge una mediana de unos 24 gCO2e/kWh, con un rango que va aproximadamente de 1 a 2.200 gCO2e/kWh. Las centrales alpinas y nórdicas de salto alto están en el extremo inferior. El extremo superior lo marcan unos pocos embalses tropicales poco profundos donde la biomasa inundada y la materia orgánica que llega con el agua se descomponen sin oxígeno. Liberan metano desde la superficie del embalse, al pasar por turbinas y aliviaderos («desgasificación») y más abajo en el río. La evaluación de UNECE de 2021 da unos 6 a 150 gCO2e/kWh para centrales representativas, sin contar los embalses más extremos.

El metano, con un potencial de calentamiento unas 80 veces mayor que el del CO2 a 20 años, explica los casos altos. Las emisiones de un embalse alcanzan el máximo en la primera década tras la inundación y dependen del clima, la profundidad, la superficie por MW y la carga orgánica. La herramienta G-res de la IHA y la UNESCO se usa ya de forma generalizada para estimar las emisiones netas de un embalse antes de construirlo. La mayor parte de la hidráulica templada y boreal, y las centrales fluyentes en general, tienen emisiones de ciclo de vida parecidas a las de la eólica y la nuclear.

Seguridad e impacto ambiental

Seguridad de las presas. En promedio por TWh, la hidráulica causa pocas muertes, pero el riesgo tiene una cola muy pesada. En 1975 las lluvias extremas del tifón Nina derribaron las presas de Banqiao y Shimantan, en la provincia china de Henan, y su rotura arrastró a decenas de presas situadas aguas abajo. Las estimaciones de víctimas van de unas 26.000 a más de 170.000 si se incluyen la hambruna y las enfermedades. Entre otras grandes catástrofes figuran Vajont, en Italia (1963, unas 2.000 muertes, cuando un deslizamiento de ladera lanzó una ola por encima de la presa), y Machchu-II, en India (1979). La ingeniería moderna de presas, los aliviaderos dimensionados para avenidas extremas, la auscultación y los planes de emergencia han hecho que las roturas catastróficas sean raras. Preocupan cada vez más el envejecimiento de las presas y las lluvias más intensas por el cambio climático.

Ecología. Las presas cortan el paso a peces migratorios como el salmón, el esturión y la anguila. Las escalas para peces, los canales de derivación y las turbinas menos dañinas para la fauna reducen el daño, pero rara vez lo eliminan. Los cambios en el régimen de caudales afectan a humedales y llanuras de inundación, y el hydropeaking (variaciones bruscas de caudal para seguir la demanda) perjudica la vida del río aguas abajo. Los derribos de presas en Europa y EE. UU., como en el río Elwha, en Washington, demuestran lo rápido que pueden recuperarse las poblaciones de peces.

Impacto social. Los desplazamientos, la pérdida de tierras de cultivo y de lugares culturales, y los conflictos por ríos compartidos (el Nilo con la Gran Presa del Renacimiento Etíope, el Mekong, el Indo) convierten la gran hidráulica en un asunto políticamente conflictivo. El Hydropower Sustainability Standard de la IHA fija criterios de consulta, compensación y caudales ecológicos.

Sistemas eléctricos dominados por la hidráulica

Varios países obtienen la mayor parte de su electricidad de la hidráulica. Noruega genera cerca del 90 % con ella y usa sus enormes embalses para equilibrar los mercados nórdico y continental a través de interconexiones. Brasil ha producido históricamente alrededor del 60 % de su electricidad con agua, gracias a Itaipú, Belo Monte y el complejo de Tucuruí. Canadá obtiene cerca del 60 % de la hidráulica, con Quebec, Columbia Británica y Manitoba a la cabeza, y exporta grandes cantidades a Estados Unidos. Paraguay, Etiopía, Nepal y la República Democrática del Congo superan el 90 % hidráulico. Las centrales concretas aparecen en el mapa de centrales eléctricas.

Perspectivas

El Hydropower Special Market Report (2021) de la IEA llamó a la hidráulica el «gigante olvidado» de la electricidad limpia y previó que su crecimiento se frenaría fuera de China a medida que se agotan los mejores emplazamientos y se endurece la oposición social y ambiental. La mayor parte de la nueva potencia convencional se está levantando en China, India, África y el Sudeste Asiático. El bombeo crece más deprisa, empujado por la necesidad de equilibrar la eólica y la solar; solo China tiene bastante más de 100 GW en construcción o aprobados. Hay grandes mejoras posibles con poco impacto nuevo: modernizar y repotenciar los parques envejecidos de Europa y Norteamérica, añadir generadores a presas existentes, instalar solar flotante en los embalses y operar la hidráulica y la solar de forma conjunta. El cambio climático actúa en los dos sentidos: los caudales aumentan en algunas cuencas de latitudes altas y disminuyen en el Mediterráneo, el sur de África y partes de Sudamérica. La página de comparación de tecnologías enfrenta la hidroeléctrica con otras fuentes, y energía marina trata a su pariente oceánica.