ESCUELA DE INGENIERIA
ESTUDIO DE EMISIONES DE METANO
PRODUCIDAS POR EMBALSES EN
CENTRALES HIDROELECTRICAS EN
ECUADOR
MAYRA ALEJANDRA PAUCAR SAMANIEGO
Actividad de graduación para optar el grado de Magíster en Ingeniería de la Energía
Profesor Supervisor: JULIO VERGARA
Santiago de Chile, marzo, 2014.
ESCUELA DE INGENIERIA
ESTUDIO DE EMISIONES DE METANO
PRODUCIDAS POR EMBALSES EN
CENTRALES HIDROELECTRICAS EN
ECUADOR
MAYRA ALEJANDRA PAUCAR SAMANIEGO
Actividad de graduación presentada a la Comisión integrada por los profesores:
JULIO VERGARA
CESAR SAEZ
ALVARO COVARRUBIAS
LUIS GONZALES
Actividad de graduación para optar el grado de Magíster en Ingeniería de la Energía
ii
Al amor y compañero de vida Pablo Amancha y a mi amada hija Rafaelita, que siempre estuvieron a mi lado brindándome amor y comprensión.
iii
Gracias a Dios por darme la oportunidad de cursar este magíster. Al gobierno ecuatoriano y a la Secretaria de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación quienes han creído en los profesionales del país otorgando becas para la obtención de postgrados en las mejores universidades del mundo.
A la Pontificia Universidad Católica de Chile, en especial al programa Magíster en Ingeniería de la Energía por darme la oportunidad de estudiar en este prestigioso postgrado.
A mi profesor supervisor Julio Vergara, quien ha sido parte importante de este proceso, brindando sus conocimientos y experiencia.
A mis amigos Sergio, Stephanye, Francisco y Nancy a quienes agradezco su amistad durante mi estadía en Chile.
DEDICATORIA... ii AGRADECIMIENTOS ... iii INDICE DE TABLAS ... 6 INDICE DE FIGURAS ... 8 RESUMEN ... 10 ABSTRACT ... 10 1. INTRODUCCION ... 12 1.1. Introducción ... 12
1.2. Justificación del tema ... 13
1.3. Objetivos ... 14
1.3.1 General ... 14
1.3.2 Específicos ... 14
1.4 Antecedentes Generales ... 15
1.4.1 Cambio Climático y Calentamiento Global ... 15
1.4.2 Efecto Invernadero ... 16
1.4.3 Gases de Efecto Invernadero ... 18
1.4.4 Contexto general de embalses en zonas tropicales ... 20
2. SITUACION ENERGETICA DEL ECUADOR ... 22
2.1 Generalidades ... 22
3. PROBLEMAS AMBIENTALES ASOCIADOS A EMBALSES HIDROELECTRICOS ... 30
3.1. Clasificación de los embalses ... 30
3.2. Impactos ambientales generales ... 32
3.3. Estado trófico de los embalses ... 32
3.3.1 Embalses eutróficos ... 33
3.4. Emisiones de GEI desde embalses ... 34
4.2. Métodos evaluados ... 42
4.3. Embalses evaluados ... 46
4.3.1. Embalse Amaluza (Hidroeléctrica Paute-Molino) ... 46
4.3.2. Embalse Mazar (Hidroeléctrica Paute-Molino) ... 47
4.3.3. Embalse Pisayambo-Pucará (Hidroeléctrica Pisayambo-Pucará) .. 49
4.3.4. Embalse Daule-Peripa (Hidroeléctrica Marcel Laniado) ... 50
4.3.5. Embalse Compensador (Hidroeléctrica Coca Codo Sinclair) ... 51
4.4. Estado trófico de los embalses ecuatorianos... 52
4.5. Cálculos de las emisiones de CH4 (Nivel 1) ... 53
4.6. Cálculos de las emisiones de CH4 (Nivel 2) ... 54
4.7. Análisis de Resultados ... 54
5. COMPARACION DE EMISIONES ESTIMADAS ... 56
5.1. Comparación de resultados ... 56
5.1.1. Densidad Energética ... 56
5.1.2. Emisiones de CH4 ... 60
5.1.3. Factor de Emisión de CO2 ... 64
5.1.4. Emisiones de CH4 en el Sector Energético en Ecuador ... 66
6. MEDIDAS DE MITIGACION PARA EMISIONES DE CH4 ... 68
6.1. Generalidades... 68
6.1.1. Pulverización y extracción de CH4 ... 68
6.1.2. La captura de carbono en embalses hidroeléctricos ... 73
6.1.3. Aireación en embalses ... 76
7. CONCLUSIONES ... 78
BIBLIOGRAFIA ... 80
A N E X O S ... 87
INDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Datos de la capacidad efectiva de generación al 2012 Ecuador ... 23
Tabla 2. Generación por tecnología de Ecuador ... 24
Tabla 3. Nuevos proyectos de generación hidroeléctrica al 2016 en Ecuador ... 28
Tabla 4. Costos de inversión y generación por tecnología ... 29
Tabla 5. Clasificación de embalses según volumen y área inundada... 30
Tabla 6. Emisión de GEI por tipo de combustible para la generación eléctrica ... 39
Tabla 7. Emisiones de GEI de las diferentes tecnologías de generación ... 40
Tabla 8. Potencial de Calentamiento Global ... 42
Tabla 9. Valores promedio de emisiones difusas según condiciones climáticas ... 44
Tabla 10. Información Embalse Amaluza ... 47
Tabla 11. Información embalse Mazar ... 48
Tabla 12. Información embalse Pisayambo ... 49
Tabla 13. Información embalse Daule- Peripa ... 51
Tabla 14. Información embalse Compensador ... 52
Tabla 15. Estado trófico de los embalses ... 52
Tabla 16. Datos embalse Amaluza ... 53
Tabla 17. Resumen de emisiones de CH4 calculados con el Nivel 1 ... 53
Tabla 18. Promedio de emisiones sedimento-agua ... 54
Tabla 20. Embalses pequeños ... 57
Tabla 21. Embalses grandes ... 57
Tabla 22. Embalses muy grandes ... 57
Tabla 23. Emisiones de CH4 Nivel 2... 63
Tabla 24. FE CO2 para el sector eléctrico ... 65
INDICE DE FIGURAS
Pág.
Ilustración 1. Efecto Invernadero ... 18
Ilustración 2. Concentraciones de metano en la atmósfera ... 20
Ilustración 3. Capacidad instalada al 2012 en Ecuador ... 23
Ilustración 4. Composición de generación por tecnología y proyección al 2022 ... 24
Ilustración 5. Consumo Energético Nacional (Ecuador) ... 25
Ilustración 6. Variación del PIB y demanda de energía eléctrica (Ecuador) ... 26
Ilustración 7. Factores que influyen en emisiones de GEI en embalses ... 38
Ilustración 8. Embalse Amaluza, central hidroeléctrica Paute-Molino ... 47
Ilustración 9. Embalse Mazar, central hidroeléctrica Paute-Molino ... 48
Ilustración 10. Embalse Pisayambo, central hidroeléctrica Pisayambo-Pucará ... 49
Ilustración 11. Embalse Daule Peripa, central hidroeléctrica Marcel Laniado ... 50
Ilustración 12. Embalse Compensador, central hidroeléctrica Coca Codo Sinclair ... 51
Ilustración 13. Densidad energética de embalses pequeños ... 58
Ilustración 14. Densidad energética de embalses grandes ... 59
Ilustración 15. Densidad energética de embalses grandes ... 59
Ilustración 16. Emisiones de CH4 anuales Nivel 1 en embalses pequeños ... 60
Ilustración 17. Emisiones de CH4 anuales Nivel 1 embalses grandes ... 61
Ilustración 18. Emisiones de CH4 anuales Nivel 1 embalses muy grandes ... 61
Ilustración 20. Emisiones de CO2 eq en embalses grandes ... 62
Ilustración 21. Emisiones de CO2 eq en embalses muy grandes ... 63
Ilustración 22. Emisiones de CH4 Nivel 2... 64
Ilustración 23. FE menor a 0,0015 t CO2/MWh ... 65
Ilustración 24. Comparación del FE de embalses y sector energético ... 66
Ilustración 25. Emisiones de CH4 del Sector Energético ... 67
Ilustración 26. Vista esquemática del sistema de pulverización de CH4 ... 70
Ilustración 27. Detalle del Sistema de extracción de CH4... 70
Ilustración 28. Vista general del sistema de Pulverización y extracción de CH4 ... 71
Ilustración 29. Eficiencia del sistema de extracción de CH4 ... 72
Ilustración 30. Modelo conceptual del secuestro de carbono en embalses ... 75
RESUMEN
La presente actividad de graduación tiene como finalidad estimar una parte del impacto ambiental que causan los embalses de centrales hidroeléctricas en el Ecuador, en particular las emisiones de metano (CH4), proveniente de los embalses Amaluza, Daule-Peripa, Mazar, Pisayambo-Pucará que están en funcionamiento y del embalse Compensador que está en fase de construcción. En 2013 la hidroelectricidad tuvo una participación en la matriz energética del Ecuador del 44%.
Para evaluar estas emisiones se utilizó la metodología del IPCC 2007, con la que se determinaron emisiones difusas para los embalses antes mencionados, obteniendo un valor estimado de 8.035 t CH4-anuales, equivalentes a 168.741 t CO2 anuales.
Se estimaron las emisiones por burbuja del embalse Daule-Peripa en donde se obtuvo una cantidad de 8.468.558 kg CH4-año, resultando éste el que más emisiones presenta por concepto de emisiones sedimento-agua en el país.
Además se realizó una comparación de densidad energética (MW/km2) entre los embalses ecuatorianos mencionados y embalses brasileños como Tres Marías, Barra Bonita, Tucuri, Samuel y Balbina, tomando en consideración que se encuentran ubicados en el mismo trópico, poseen similar potencia instalada y área de inundación, concluyendo que los embalses ecuatorianos poseen mayor densidad energética por km2.
Los resultados obtenidos representan el 5% del total de emisiones de Gases de Efecto Invernadero provenientes del Sector Energético del Ecuador.
Se recomienda avanzar en la formulación de un modelo que permita estimar emisiones de cualquier embalse hidroeléctrico, en función de la edad del reservorio, altura, temperatura media de superficie, área inundada, volumen de inundación y otros parámetros.
ABSTRACT
This graduation activity aims to estimate part of the the environmental impact caused by hydroelectric dams in Ecuador, particularly methane emissions (CH4) from the Amaluza, Daule-Peripa, Mazar-Pucara, Pisayambo reservoirs that are in operation and the Compensador dam that is under construction. In 2013 hydroelectricity had a participation in Ecuador´s energy matrix of 44%.
For the evaluation of these emissions the IPCC 2007 methodology was used, with which diffuse emissions for the aforementioned reservoirs were determined, obtaining an estimated value of 8.035 t CH4-year, equivalent to 168.741 t CO2 per year.
Emissions by reservoir bubble-Peripa Daule were estimated where a total of 8.468.558 kg CH4-year was obtained, proving that this is the largest release by means of sediment-water emissions, countrywise.
Furthermore, a comparison of the energy density (MW/km2) among the said reservoirs Ecuadorian and Brazilian reservoirs and dams Tres Marías, Barra Bonita, Tucuri, Samuel and Balbina was performed, taking into account that these are located in the same tropic, and have a similar installed capacity and flooded area, concluding that Ecuadorians reservoirs possess higher energy density per km2.
The obtained results represent 5% of the total greenhouse gases emissions from the energy sector of Ecuador.
It is recommended to proceed in the development of a model that allows an estimate of the emissions of any hydropower dam, depending on reservoir´s age, height, average surface temperature, flooded area, flood volume and other parameters.
1. INTRODUCCION
1.1. Introducción
El presente trabajo tiene como finalidad analizar el impacto ambiental que causan los embalses de centrales hidroeléctricas en el Ecuador, en particular la emisión de Gases de Efecto Invernadero (GEI) de esta tecnología con énfasis en la producción de metano (CH4).
Un problema importante de la sociedad es el cambio climático originado por los GEI, por lo que es relevante el estudio de los mismos, como el dióxido de carbono (CO2), metano y el óxido nitroso (N2O), que se liberan de los ecosistemas naturales, así como de la actividad humana. Uno de los principales gases de efecto invernadero es el CH4, que se produce en ciertos embalses de centrales hidroeléctricas, puesto que este gas dificulta dispersar la energía radiante terrestre, más gravemente que el CO2.
Las concentraciones mundiales de dióxido de carbono (379 ppm), metano (1774 ppm) y óxido nitroso (319 ppm) en la atmósfera han aumentado, superando ampliamente los valores de la era preindustrial en un 70% entre 1970 y 2004, el aumento más importante de las emisiones de (GEI) proviene de los sectores de suministro de energía, transporte e industria (IPCC, 2007).
Una alteración climática podría producir una fuerte desestabilización social, económica, ambiental y política en amplias regiones del mundo, que podría incidir en la paz y seguridad internacional (Herrán, 2012).
En la actualidad, uno de los elementos indispensables para el desarrollo de las actividades económicas, la vida humana y de la tecnología, es la energía eléctrica. Por ello, los diferentes medios para producirla han pasado a ser actividades primordiales para el
desarrollo de los países. En Ecuador el mayor porcentaje de potencia instalada para la generación de energía eléctrica proviene de centrales hidroeléctricas, con un 62,41% de la potencia instalada del país, seguida por centrales térmicas con el 35,56% de la potencia instalada (MEER1, 2012).
1.2. Justificación del tema
La energía hidroeléctrica sigue siendo la energía renovable más utilizada en todo el mundo. Se estima que un 20% de la energía eléctrica consumida a nivel mundial tiene origen hidroeléctrico, mientras que en los países en desarrollo este porcentaje se eleva hasta el 33% (WEO, 2012). Si se compara con otras energías renovables estos porcentajes son importantes, puesto que del total de la producción renovable mundial, un 90% tiene su origen en la hidrogeneración. Además es una fuente de energía en crecimiento, especialmente en países en desarrollo. Según la UNESCO, entre 1995 y 2010 la producción de energía hidroeléctrica creció en un 65% en todo el mundo, siendo este aumento especialmente en los países de América Latina, Asia y África, y seguirá creciendo según la IEA a nivel global. Las zonas tropicales son sensibles y frágiles ecosistemas por lo que se debe realizar evaluaciones adecuadas antes de construir proyectos hidroeléctricos como se detalla más adelante. El CH4 que se produce en embalses se origina por la descomposición de la vegetación acumulada al fondo de estos, en especial en zonas tropicales debido a las características climáticas. Estas emisiones representan alrededor de 1,6 % de emisiones GEI a escala mundial, siendo el CH4 un gas que contamina hasta 21 veces más que el CO2 (IPCC, 2007).
1
A nivel mundial, este tema está tomando relevancia, realizándose estudios en China, Brasil, Canadá e India, donde se ha logrado estimar el porcentaje de incidencia en las emisiones totales de metano de estos países proveniente de los embalses asociados a generación hidroeléctrica.
En Ecuador no existen estudios sobre este tema, por otro lado el plan Estratégico de Energía Nacional proyecta el aumento en la Matriz Energética al 2016 en un 93% proveniente de generación hidráulica.
Con estas expectativas, se hace indispensable un estudio sobre las emisiones de metano producida por los embalses de las centrales hidroeléctricas, la incidencia del CH4 en los GEI en función de la geografía, clima, calidad del agua y características de la zona inundada.
1.3. Objetivos
1.3.1 General
Estimar las emisiones de CH4 que se producen en los embalses Amaluza, Mazar, Pisayambo-Pucará, Daule-Peripa que están en funcionamiento y del embalse Compensador que está en construcción.
1.3.2 Específicos
Generar información sobre emisiones de gases de efecto invernadero, específicamente CH4, provenientes de generación hidroeléctrica en Ecuador.
Comparar las emisiones de CH4 entre centrales hidroeléctricas en Ecuador, considerando su ubicación geográfica.
1.4 Antecedentes Generales
1.4.1 Cambio Climático y Calentamiento Global
El cambio climático es un fenómeno que se manifiesta con un incremento o reducción de la temperatura promedio del planeta, directamente vinculada con el aumento en la concentración de GEI en la atmósfera, producto de actividades relacionadas con la quema de combustibles fósiles (petróleo, carbón), el cambio de uso de suelo (deforestación) y otras actividades humanas asociadas al proceso de industrialización. Gracias a la presencia en la atmósfera de CO2 y de otros gases responsables del EI, parte de la radiación solar que llega hasta la Tierra es retenida en la atmósfera. Esto ha ocasionado que la atmósfera retenga más calor de lo debido, los datos recopilados a la actualidad son relevantes: el cambio climático constituye una grave amenaza que exige una respuesta global a corto y mediano plazo.
En las últimas décadas ha crecido la preocupación por la variación que presenta el clima a nivel global, lo que se refleja en el aumento de la temperatura entre 0,3 - 0,6 grados centígrados (°C) desde 1900. Además, existe la proyección que en el 2100 los aumentos alcanzarán rangos de hasta los 2°C sólo si existe medidas de contingencia, puede sobrepasar los 6°C según el escenario; debido a la concentración de los GEI en la atmósfera. Este aumento de temperatura está distribuido por todo el planeta y es más acentuado en las latitudes septentrionales superiores (IPCC, 2007).
Según el informe Stern Review on the Economics of Climate Change 2006 se necesita una inversión equivalente al 1% del PIB mundial para mitigar los efectos del cambio climático y de no hacerse dicha inversión los costes globales y los riesgos del cambio climático equivaldrán a la pérdida de al menos un 5% del PIB global anual, teniendo en
cuenta una mayor diversidad de riesgos e impactos, las estimaciones de los daños podrían alcanzar un 20% o más del PIB.
1.4.2 Efecto Invernadero
Los cuerpos emiten radiación, estos rayos o fotones son ondas electromagnéticas que no necesitan ningún medio material para propagarse, más bien la materia dificulta su avance. Dichas ondas electromagnéticas se caracterizan por su longitud de onda y también por su frecuencia, siendo ambas inversamente proporcionales: una onda larga es de baja frecuencia y una corta es de alta frecuencia. Se llama espectro electromagnético el o los conjuntos total (o parcial) de ondas de diversas frecuencias (Garduño, 1998).
La luz (visible) es la radiación electromagnética más conocida, abarca cierto intervalo del espectro y tiene colores diversos que van del rojo al violeta conforme su frecuencia va aumentando. Más allá del violeta sigue, sucesivamente, según crece su frecuencia, la radiación (o luz) ultravioleta, los rayos X y los gama (γ). Más cerca al rojo están formadas, conforme disminuye la frecuencia, la radiación (o luz) infrarroja, las microondas, las de TV y de radio (Garduño 1998).
La radiación emitida depende de la temperatura del cuerpo emisor en dos aspectos: por un lado, la radiación aumenta conforme lo hace la temperatura, y por otro, su longitud de onda disminuye cuando la temperatura sube. En la atmósfera y el clima actúan dos tipos de radiación distintas: la luz (visible) originada por el Sol y la radiación infrarroja (invisible) emitida por la Tierra.
La diferencia entre ellas se debe a la disparidad de temperatura: el Sol emite su radiación como a 5.000 °C, en cambio los elementos de la Tierra (suelo, mar, casquetes polares, capas atmosféricas, nubes, etc.) lo hacen a temperaturas bajas, por lo tanto existe
gran diferencia en su longitud de onda. A la radiación se la llama de onda corta, y a la terrestre, de onda larga, constituyendo espectros diferentes (Toharia 1984 y Voituriez 1994).
Por estar a una cierta distancia del Sol y tener reflexión o albedo, la Tierra debe tener una temperatura característica de equilibrio. Esa temperatura efectiva es el balance entre la radiación solar (onda corta) absorbida por la Tierra y la emitida (onda larga) por ella misma (Toharia, 1984).
El EI resulta de que el aire es (muy) transparente para la radiación de onda corta y (muy) opaco a la de onda larga, por lo que la atmósfera es un filtro radiativo que deja pasar los rayos solares, algunos de ellos son absorbidos por la superficie terrestre (y demás componentes de la Tierra) que se calientan en consecuencia, y emiten la radiación terrestre, que es detenida (absorbida) por la atmósfera y las nubes. Las capas atmosféricas (y nubes) van sucesivamente absorbiendo, calentándose y remitiendo (hacia arriba y hacia abajo) radiación térmica procedente de abajo, este fenómeno natural es por el cual la Tierra experimenta un calentamiento (Franco, 2008).
Algunos gases permiten que la radiación solar pase a través de la atmósfera y caliente la superficie terrestre evitando que la radiación que refleja la Tierra se escape al espacio. Esto hace que la atmósfera y también la Tierra se mantengan calientes, contribuyendo a la existencia de vida sobre nuestro planeta. El aumento desproporcionado de gases, ha hecho que el EI aumente, lo que nos lleva al incremento constante de la temperatura de la Tierra, como se muestra en la Ilustración 1:
Ilustración 1. Efecto Invernadero
Fuente: Portal del Cambio Climático
1.4.3 Gases de Efecto Invernadero
Los gases que conforman el 99% de la atmósfera son: el oxígeno (O2) con el 21% y el nitrógeno (N2) con el 78%, pero ninguno de éstos tiene relevancia en el efecto invernadero ya que son transparentes a la radiación terrestre, por lo tanto en el 1% restante se encuentran GEI, formando así parte de la composición atmosférica.
Las principales fuentes naturales de GEI son los ecosistemas acuáticos y terrestres, pero además existen emisiones antropogénicas (producidas por el hombre y sus actividades económicas).
Estos GEI (dióxido de carbono, vapor de agua, metano, ozono, etc.) absorben radiación en el infrarrojo y son transparentes a las radiaciones de mayor energía (ultravioleta y visible) que llegan a la Tierra procedente de la radiación solar, pero absorben gran parte de la radiación infrarroja reflejada por la superficie terrestre, emitiendo energía y aumentando así la temperatura del planeta (Franco, 2008).
De acuerdo con su relación en la generación del forzamiento radiativo, los GEI se dividen en dos tipos:
• GEI directos: que son los gases que inducen directamente al forzamiento radiativo y calentamiento global. Así tenemos el Dióxido de carbono (CO2), Metano (CH4), Óxido nitroso (N2O), Halocarbonos (Hidrofluorocarbonos (HFCS), Perfluorocarbonos (PFCS), Hexafluoruro de azufre (SF6).
• GEI indirectos: son los que contribuyen indirectamente al forzamiento radiativo por medio de su impacto en la química de la atmósfera, puesto que pueden modificar la formación y/o vida atmosférica de los GEI directos o contribuir a la formación de aerosoles. Así tenemos óxido de nitrógeno (NOx), Monóxido de carbono (CO), Bióxido de azufre (SO2), Material Particulado (MP) y Compuestos orgánicos volátiles no metánicos (COVNM).
Por acuerdo internacional se determinó que es indispensable controlar las emisiones de seis de los GEI debido a su impacto en la atmósfera. Esto se aprobó en 1997 mediante el texto del Protocolo de Kioto (PK). Los GEI más relevante son: CO2, CH4, N2O, HFCS, PFCS, SF6 (Franco, 2008).
Según el último informe del IPCC 2013, las concentraciones atmosféricas de CO2, CH4, N2O han aumentado a niveles sin precedentes en al menos los últimos 800.000 años. Las concentraciones de CO2 han aumentado un 40% desde la era preindustrial, principalmente de las emisiones de combustibles fósiles y en segundo lugar de las emisiones netas de cambio de uso de la tierra. El océano ha absorbido cerca del 30% del dióxido de carbono antropogénico emitido, provocando efectos de acidificación del océano
y aumento del 26% en la concentración de iones de hidrógeno, como indica la Ilustración 2:
Ilustración 2. Concentraciones de metano en la atmósfera
Fuente: Revista Nature Geoscience.
1.4.4 Contexto general de embalses en zonas tropicales
Los GEI de los embalses han estado siendo estudiados hace más de una década. En particular, las altas emisiones de CH4 que se presentan en los sistemas cálidos han cuestionado ésta tecnología como 100% libre de emisiones GEI. Las estimaciones fiables de las emisiones de CH4 son relevantes, ya que CH4 tiene un potencial de calentamiento de EI superior al del CO2. Hasta ahora, las emisiones de CH4 más altas de los embalses se han medido en latitudes más cálidas, lo que añade un argumento en contra del uso de la energía hidroeléctrica en estas regiones. Sin embargo, las emisiones de gases de efecto invernadero se han medido sólo en 18 de las 741 grandes represas (> 10 MW, según el registro de The
International Commission on Large Dams (ICOLD) que figuran en los trópicos (Brasil, Francia, Panamá, Australia)). (M. Demarty y J.Bastien 2012).
La descomposición de la vegetación inundada y la materia orgánica del suelo son potencialmente una fuente importante de GEI en los embalses hidroeléctricos. Por lo tanto, la fase inicial de las inundaciones se asocia con tasas particularmente altas, tanto la actividad bacteriana y la producción de GEI. Por otra parte, las aguas del fondo y los sedimentos de los embalses suelen ser anóxicos, principalmente en las regiones tropicales, lo que contribuye a la producción de CH4. Los aportes de materia orgánica de los ríos afluentes en forma continua, la producción de algas y la regeneración de plantas a lo largo de las costas pueden llegar a ser las principales fuentes de carbono orgánico así el tiempo de embalsamiento. Durante el proceso de envejecimiento, las emisiones tienden a disminuir, se dan de manera exponencial en las etapas iniciales y disminuyen a un ritmo más lento con el tiempo, más rápidamente en ambientes de aguas frías que en las cálidas aguas (I. Lima, 2008).
2. SITUACION ENERGETICA DEL ECUADOR
2.1 Generalidades
La contabilidad energética muestra que la producción nacional, que constituye el 90% de la oferta energética total, está concentrada en un 96% en petróleo crudo y gas natural, quedando las energías renovables (hidroelectricidad y biomasa) relegadas a un 4%. (Plan Nacional del Buen vivir 2013).
En contrapartida, el segundo componente de la oferta energética, las importaciones, son el 10% restante de la oferta, corresponden en más del 90% a derivados de petróleo (GLP, diésel, nafta de alto octano y otros), además, dependiendo de las circunstancias se importa electricidad y otros productos no energéticos.
Ecuador es, básicamente, un país petrolero. La importancia de este sector es crucial en el desarrollo ya que las variaciones del precio del petróleo dictaminan el devenir anual de la economía. El país, además de ser exportador de bienes primarios de bajo valor agregado se caracteriza por ser importador de bienes industrializados, ocupando los derivados del petróleo gran parte de estas importaciones, ya que el país no cuenta con una adecuada estructura para refinación. Esta falta de desarrollo en la industria hidrocarburífera (y en el sector industrial en general) origina grandes desequilibrios en su balanza comercial. Estos datos confirman el grado de dependencia hacia el petróleo como fuente de producción, oferta y demanda de energía, la cual se destina en su mayoría al sector transporte.
Gran parte de la generación eléctrica proviene de la hidroelectricidad, la cual se espera incremente en el mediano plazo con el inicio de operación de hidroeléctricas ubicadas a lo largo del país, las cuales están actualmente en construcción. Con lo que se
lograría autoabastecimiento eléctrico en que permita el cese de la importación de electricidad (incluso se contempla exportar electricidad) gracias al gran potencial hídrico presente en el país, especialmente en la vertiente amazónica, además del incremento de la participación de ésta como fuente de consumo de energía final a nivel nacional. Al 2012, la capacidad instalada en Ecuador como indica la Tabla 1:
Tabla 1. Datos de la capacidad efectiva de generación al 2012 Ecuador
Capacidad efectiva de generación MW %
Energía Renovable (ER) 2.341,50 46% Energía no Renovable (ENR) 2.738,83 54%
Total de capacidad instalada 5.080,33 100%
S.N.I Autónomo 5.080,33 89% Interconexión (Ecuador-Colombia) 635 11%
S.N.I. + Interconexión 5.715,33 100%
Fuente: Ministerio de Electricidad y Energías Renovables Ecuador
Ilustración 3. Capacidad instalada al 2012 en Ecuador
Con una producción anual (2012) según la Tabla 2 de:
Tabla 2. Generación por tecnología de Ecuador
Sistema / Tipo de Central Potencia Nominal
(MW) Potencia Efectiva (MW) S.N.I. Hidráulica 2.238,30 2.211,54 Térmica 625,48 558,09 Térmica Turbogas 976,74 897,50 Térmica Turbovapor 446,00 443,00 Térmica Turbovapor * 101,30 93,40 Total S.N.I. 4.387,82 4.203,53 Total no incorporado Eólica 2,40 2,40 Fotovoltáica 0,02 0,02 Hidráulica 4,11 3,65 Térmica MCI 634,08 464,40 Térmica Turbogas 102,25 76,40 Térmica Turbovapor 12,00 11,00 Total no incorporado 754,86 557,87 Total general 5.142,68 4.761,39 * Generación por Biomasa (bagazo de caña)
Ilustración 4.Composición de generación por tecnología y proyección al 2022
Ecuador cuenta con importantes recursos energéticos renovables y no renovables, entre los que se destacan el solar e hídrico, por el gran potencial que presentan y, el petróleo, por ser actualmente la principal fuente de ingresos de divisas del país. El balance de energía disponible al 2009, elaborado por la OLADE2, muestra que el consumo de energía “no comercial” (leña, residuos vegetales, entre otros) representó alrededor del 4% del consumo final de energía. Sin embargo, los requerimientos energéticos del país son abastecidos mayoritariamente por hidrocarburos fósiles, los que suplieron el 82% de la demanda de energía, mientras que los consumos de electricidad y otros (no energéticos) correspondieron a 11% y 3%, respectivamente.
El sector transporte es el de mayor consumo energético a nivel nacional, con una participación del 61% de la demanda total de energía, mientras que a los sectores residencial, industrial, comercial, agro-pesca-minería y construcción entre otros, les corresponde el 18%, 16%, 3%, 1% y 1% (Plan estratégico de electrificación 2012-2021) como se presenta en la Ilustración 5:
Ilustración 5. Consumo Energético Nacional (Ecuador)
Fuente: Plan estratégico de electrificación 2012-2021
2
Adicionalmente, el comportamiento del PIB y la demanda eléctrica, son los que mejor explican el comportamiento de la economía, por su alto grado de penetración en la estructura del consumo intermedio. De acuerdo al plan nacional de electrificación al 2012 del CONELEC3, la economía ha tenido un crecimiento. En los países desarrollados, el objetivo en el nivel energético es producir más con la menor cantidad de energía posible, es decir, que el producto interno bruto (PIB) crezca de manera independiente que el consumo de energía. En Ecuador esta situación es totalmente contraria, puesto que la curva de demanda y el PIB como se muestra en la Ilustración 6 no logran desacoplarse.
Ilustración 6. Tasa de variación del PIB y demanda de energía eléctrica (Ecuador)
Fuente: Plan estratégico de electrificación 2012-2021
2.2 Energía Hidroeléctrica en Ecuador
Las especiales condiciones geomorfológicas del Ecuador, debidas a la presencia de la cordillera de Los Andes que divide al territorio continental en dos redes fluviales que desembocan una hacia el Océano Pacífico y otra hacia la llanura Amazónica, establecen un
3
alto potencial hidroeléctrico que debe ser desarrollado de forma coordinada en función de la complementariedad hidrológica que presentan dichas vertientes (CONELEC, 2012).
El desarrollo de la hidroelectricidad en el Ecuador ha tenido una gran importancia y actualmente según el MEER al 2013, el país cuenta con una potencia hidráulica instalada (embalse y pasada) de 2.219 MW, lo que significa alrededor del 44% de la potencia eléctrica total instalada. El Ecuador posee 11 sistemas hidrográficos (de los 31 existentes), con un potencial teórico de 73.390 MW. Luego de estudios de factibilidad económica, se estimó una potencia aprovechable de 21.520 MW, 90% en la vertiente Amazónica y 10% en la vertiente del Pacífico.
En 2007, el 88 % de la capacidad hidroeléctrica estuvo distribuida en las siguiente plantas de generación Hidroeléctrica: Paute (1.075 MW), San Francisco (230 MW), Marcel Laniado (Daule-Peripa) (213 MW), Agoyán (156 MW) y Pucará (74 MW), ubicadas en la cuenca del Amazonas, la temporada de lluvias se produce generalmente entre abril y septiembre, la estación seca es entre octubre y marzo, por ello el mantenimiento de las plantas hidroeléctricas se programa para la temporada seca.
Al 2016 se estima que con la puesta en servicio de los 2.773 MW (MEER, 2012), la potencia instalada con que contará el país representará más del doble de la demanda máxima actual del Ecuador. El proyecto más importante es Coca Codo Sinclair (Sucumbíos y Napo de 1.500 MW) que hasta julio de este año ha avanzado un 48% e iniciará sus operaciones en enero de 2016. Luego el proyecto Sopladora (Azuay y Morona Santiago de 487 MW) que en el mismo período cuenta con un avance del 34% y que operará en diciembre de 2014. Minas San Francisco (Azuay y El Oro con 270 MW) registra un avance del 12% y operará en diciembre de 2015, Toachi Pilatón (Pichincha,
Santo Domingo de los Tsáchilas y Cotopaxi con 253 MW) con un avance del 32% y funcionará desde abril de 2015. Estos proyectos y otros que se detallan en la Tabla 3 los que permitirán duplicar la capacidad histórica instalada en hidroelectricidad.
Tabla 3. Nuevos proyectos de generación hidroeléctrica al 2016 en Ecuador
Fuente: Plan estratégico de electrificación 2012-2021
Se espera que al 2016 el 93%4 de la matriz de generación eléctrica sea de origen Hidráulico, lo que dará al país la independencia eléctrica que necesita para poder seguir en el proceso para ser un país desarrollado.
2.3 Costos de inversión y generación por tecnologías
La Tabla 4 entrega una estimación de costos de desarrollo para diferentes alternativas de generación eléctrica. Estos valores incorporan los puntos importantes como factor de planta y costos de transmisión. Se debe considerar que son una estimación del valor promedio de desarrollo que cambia rápidamente con el tiempo.
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Plan estratégico de electrificación 2012-2021
Hidráulica ene-16 1.500 8.743 Hidráulica abr-15 253 1.120 Hidráulica dic-14 487 2.800 Hidráulica dic-15 50 355 Hidráulica oct-14 60 341 Hidráulica dic-15 270 1.290 Hidráulica feb-14 21 125 Hidráulica dic-15 115 904 2.756 15.678 Total Pichincha e Imbabura
Delsitanisagua Zamora Chinchipe
COCA SINCLAIR CELEC EP CELEC EP CELEC EP CELEC EP CELEC EP CELEC EP CELEC EP Manduriacu
Minas San Francisco Mazar-Dudas
Sucumbíos y Napo
Pichincha, Santo Domingo y Cotopaxi Azuay y Morona Santiago Napo Azuay y El Oro Cañar Potencia (MW) Energía (GWh/año)
Coca Codo Sinclair Toachi-Pilatón Sopladora Quijos
Nombre Tipo Ubicación (Provincia) Empresa Ejecutora Inicio de
Tabla 4. Costos de inversión y generación por tecnología
Tecnología Factor de planta Inversión US$/KW Costos de Operación US$/MWh Solar Térmico 28% 3.000 12 GNL 855% 1.000 86 Biomasa 85% 3.100 60 Eólica 29% 2.500 7,7 Nuclear 90% 4.000 20 Carbón 85% 2.350 44 Geotérmica 85% 3.550 12 Hidro pasada 70% 2.500 3 Hidro embalse 70% 2.500 1,5
3. PROBLEMAS AMBIENTALES ASOCIADOS A EMBALSES
HIDROELECTRICOS
3.1. Clasificación de los embalses
La clasificación de los embalses se puede hacer según su función y según su tamaño, de la siguiente manera:
Según su función
Embalses de acumulación: retienen excesos de agua en períodos de alto escurrimiento para ser usados en épocas de sequía.
Embalses de distribución: no producen grandes almacenamientos pero facilitan regularizar el funcionamiento de sistemas de suministro de agua, plantas de tratamiento o estaciones de bombeo.
Pondajes: pequeños almacenamientos para suplir consumos locales o demandas en horario punta (Meyer J, 1993).
Según su tamaño
La clasificación de los embalses de acuerdo al tamaño y área inundada según Zhelezniakov G (1984), desde el punto de vista técnico se indica en la Tabla 5:
Tabla 5. Clasificación de embalses según volumen y área inundada
Categoría Volumen (106 m3) Área (km2)
Pequeños 10 a 100 2 a 20 Medianos 100 a 1.000 20 a 100 Grandes 1.000 a 10.000 100 a 500 Muy Grandes 10.000 a 50.000 500 a 5.000 Gigantes > 50.000 > 5.000
A pesar que los embalses tienen características de construcción y funcionamiento similares, éstas cambian principalmente según el clima de la zona donde están ubicados. Los principales climas según la clasificación climática de Köppen son:
Tropicales: las temperaturas medias son superiores a los 18°C y las precipitaciones que se presentan en estos climas son mayores a los niveles de evaporación.
Seco: las precipitaciones anuales son menores que la evaporación.
Templado: las precipitaciones superan a la evaporación. La temperatura media del mes más frío se encuentra entre los 3 y los 18°C; la temperatura mínima del mes más cálido es mayor que 10°C.
Templado frío: se diferencia del clima templado en que las temperaturas del mes más frío son inferiores a los 3°C.
Polar o boreal y de alta montaña: la temperatura media del mes más cálido es inferior a los 10°C.
Estas clasificaciones ayudan a entender el comportamiento de los embalses. Por ejemplo, debido a las altas temperaturas y las abundantes lluvias, lo que lleva a un aporte constante de nueva materia orgánica, los embalses tropicales tienden a ser más eutróficos. Los embalses ubicados en las zonas de alta montaña, tienen poca intervención del hombre en la calidad de sus aguas, sumando a esto las bajas temperaturas presentes, pueden mantener un estado oligotrófico por un tiempo prolongado, a pesar de sus abundantes precipitaciones (I. Lima, 2008).
3.2. Impactos ambientales generales
La construcción de centrales hidroeléctricas trae consigo una serie de impactos ambientales que alteran el área donde están emplazados. La alteración de los sistemas naturales es el principal impacto que los embalses provocan. Entre los sistemas que están directamente afectados se distinguen el hidrológico, que afecta la biota acuática, y el terrestre, el que por medio de la inundación de secciones de bosques y vegetación, afecta áreas donde habitan distintas especies de fauna y, eventualmente, de comunidades humanas. Los principales usos de los embalses son:
Generación de energía;
Abastecimiento para agua de riego;
Control del caudal de la crecida de agua de un río; Regularización del caudal de las aguas de escurrimiento; Usos recreativos o estéticos;
Pesca, caza y acuicultura;
Alimentación para agua de consumo;
Combinaciones entre los usos antes mencionados. 3.3. Estado trófico de los embalses
El estado trófico de un cuerpo de agua describe la productividad del ambiente acuático. Según la OCDE5 se refiere a un enriquecimiento de las aguas en sustancias nutritivas que conduce, generalmente, a modificaciones sintomáticas tales como aumento de la producción de algas y otras plantas acuáticas, deterioro de la calidad del agua y del
5
ecosistema acuático, así como de la aptitud para satisfacer la mayoría de sus posibles usos. El estado trófico se clasifica de tres maneras:
Oligotrófico: pobre en nutrientes, con aguas claras y transparentes, por lo que la luz penetra bien, poca presencia de algas y animales. Esta es una característica que prevalece generalmente en lagos o embalses andinos (Vila, 1986);
Mesotrófico: aguas con poca transparencia y escasa profundidad;
Eutrófico: gran cantidad de nutrientes en las aguas, elevado crecimiento de algas, alta presencia de materia orgánica, aguas turbias, baja presencia de oxígeno.
3.3.1 Embalses eutróficos
La eutrofización es un impacto ambiental que se produce en los embalses de manera natural, este se ve acelerado por el manejo de las hoyas hidrográficas y la inserción de contaminantes a las aguas por parte del medio antrópico. Si un cuerpo de agua se eutrofiza puede causar la emisión de gases a la atmósfera.
La eutrofización de un embalse es una alteración que está totalmente relacionada con la construcción de estos y a su explotación, ya que a diferencia de los lagos, los embalses deben procesar de manera muy rápida grandes cantidades de materia orgánica, lo que provoca que se eutroficen con facilidad. Debido a la existencia de diferentes tipos de embalses, la eutrofia se manifiesta con diferentes intensidades, según las características propias de cada uno de ellos (Palau, 2003).
Los nutrientes que más influyen en la eutrofización de las aguas son los nitratos y los fosfatos. En condiciones naturales, el aporte de fosfato a un cuerpo de agua es de menos de 1kg por hectárea al año. Según Palau, actualmente, debido a los residuos líquidos de la industria y población humana esa cantidad ha aumentado, se cree que ha llegado a ser el
doble en las últimas décadas. La eutrofización afecta además de las aguas del embalse, a las aguas abajo de éste y por lo mismo, a toda la vida acuática que ahí se desarrolla. Algunas de las consecuencias de la eutrofia en los cuerpos de agua son:
Crecimiento excesivo de las poblaciones de algas y plantas acuáticas; Aguas con coloración verdosa y poco transparente;
Disminución de las cantidades de oxígeno disuelto;
Presencia de productos tóxicos, produciendo malos olores y sabor a las aguas; y Cambio en las poblaciones de peces y fauna.
3.4. Emisiones de GEI desde embalses
El CO2 se forma por la descomposición del carbono orgánico presente en el embalse. Las principales fuentes de este carbono son la vegetación y los suelos inundados al llenarse por primera vez el embalse, la materia orgánica transportada por el río (proveniente de ecosistemas naturales, granjas o aguas residuales de las ciudades), el plancton y las plantas acuáticas que nacen y mueren en el embalse, la vegetación que crece en el suelo temporalmente expuesto durante periodos en los que el embalse se encuentra con poco agua. Estos absorben CO2 atmosférico mediante el proceso de fotosíntesis de las plantas acuáticas y el plancton, lo que en ocasiones puede superar las emisiones de CO2 (Cardó, 2009).
El CH4, está formado por bacterias que descomponen la materia orgánica de aguas con bajo contenido de oxígeno y de los sedimentos presentes en el fondo del embalse. La capa de agua que se encuentra en la parte más profunda de los embalses tropicales tiene cantidades reducidas de oxígeno. Una porción del metano se oxida convirtiéndose en CO2 al subir a la superficie de embalse.
Los embalses tropicales con poca cantidad de agua en los que las burbujas tienen menos tiempo para oxidarse tienden a aportar las más altas emisiones de CH4.
El N2O es un potente GEI formado por la ruptura bacteriana del nitrógeno. Se han realizado solamente algunas mediciones cuantificando los flujos de óxido nitroso en los embalses. Se descubrió que las emisiones eran inferiores en las regiones boreales, pero significativas en los embalses tropicales (Guérin et al. 2008). Esto sucede en embalses que se encuentren en un estado eutrófico. En las últimas décadas estas emisiones han empezado a ser estudiadas debido a la importancia que tienen sobre el efecto invernadero y el calentamiento global.
A pesar que el CH4 se produce naturalmente, en la actualidad el 70% de las emisiones de este gas están causadas por el hombre (Meyer, 1993). El IPCC ha calculado que los embalses y lagos son responsables del 22% del total de las emisiones de metano mundiales.
Los estudios realizados por Iván Lima, científico brasilero dedicado al estudio de emisiones desde embalses, indican que las emisiones de CH4 producidas por embalses de las grandes centrales hidroeléctricas alrededor del mundo, alcanzan una cantidad de 2.184 millones de toneladas de CO2 equivalente (I. Lima, 2008). Por esta razón, los embalses son considerados como la mayor fuente de emisiones de GEI causadas por el hombre. Las emisiones de gases desde los embalses varían dependiendo de distintos factores, entre ellos se encuentra la estacionalidad. En verano las emisiones aumentan notablemente con respecto al invierno, aquí no sólo influye la temperatura, sino también la descomposición de nueva materia orgánica, la que fue introducida durante el invierno.
3.4.1. Emisiones de CH4
Los flujos de CH4 en la superficie del depósito, particularmente a través de burbujeo, son más pequeños en aguas más profundas, ya que tienen una mayor probabilidad de ser oxidado antes de llegar a la interfaz agua-aire (Keller y Stallard 1994; Joyce y Jewell 2003). Grandes y profundos reservorios tropicales a menudo son térmicamente estratificados, con un gradiente térmico aproximadamente de 10 metros por debajo de la superficie, lo que impide la mezcla de agua y de difusión entre las aguas profundas y poco profundas (Fearnside, 2004). Esta situación favorece un perfil de concentración de CH4 que aumenta rápidamente con la profundidad hasta que se alcance el nivel de saturación local, siguiendo un patrón que puede diferir de una reserva a otra, o incluso dentro del mismo depósito. Esta variabilidad depende de la cantidad de materia orgánica inundada, insumos alóctonos y condiciones redox del agua.
Las concentraciones de CH4 también fluctúan con el tiempo de tal manera que se correlaciona con las variaciones del clima tales como la temperatura y las precipitaciones (Lima 2005; Nozhevnikova et al 1997). El principal componente aportado por los embalses boreales al calentamiento es el CO2 emitido, mientras que en el caso de las superficies de los embalses tropicales son las burbujas de CH4.
Las tomas de agua de los embalses generalmente se encuentran muy por debajo de la superficie y la concentración de CH4 aumenta fuertemente con la profundidad, gran parte del CH4 disuelto se desgasifica rápidamente cuando la presión cae a medida que el agua pasa a través de las turbinas. Esto se compara con ley de Henry, que establece que, a una temperatura constante, la concentración de un gas soluto en una solución es directamente proporcional a la presión parcial de este gas por encima de la solución.
Dentro de las emisiones de metano, éstas se pueden generar en los ecosistemas acuáticos de tres maneras diferentes:
Emisiones difusas: emitidas por la difusión molecular a través de interfaz aire-agua. Estas emisiones son muy importantes, ya que las emisiones de GEI se estiman por cada m2. Estas emisiones serán llamadas Nivel 1 en el desarrollo del informe.
Emisiones por burbujas: estas emisiones de gas provienen de la interfaz sedimento-agua, son también conocidas como emisiones de gas provenientes del sedimento a través de la columna de agua mediante burbujas. Esta vía de emisión es muy importante, en particular en las regiones templadas y tropicales, también en embalses que llevan poco tiempo inundado. Estas emisiones se llamarán Nivel 2 en el desarrollo del informe.
Emisiones de desgasificación: estas emisiones de los embalses se deben a un cambio en la presión hidrostática y de la creciente variación de la superficie de intercambio aire/agua después que el agua pasa por turbinas o desagües (IPCC, 2007). Esta es una vía muy importante de emisiones de CH4 de los embalses tropicales jóvenes, alcanzando el 40 % en un embalse de nueva años de edad (Delmas et al., 2005). Estas emisiones se llamarán Nivel 3 en el desarrollo del informe.
Ilustración 7. Factores que influyen en emisiones de GEI en embalses
Fuente: IPCC, 2007.
Para calcular con precisión el aporte al calentamiento global se requiere analizar el ciclo de vida de una represa, incluyendo los impactos de la construcción y su posterior desmantelamiento. Durante la construcción de la represa se emiten gases de efecto invernadero debido al uso de combustibles fósiles en la maquinaria y la producción de los materiales de construcción, en particular el cemento. Las emisiones de la construcción podrían constituir un componente importante en las emisiones totales de una represa boreal, pero probablemente insignificante en comparación con el total de las emisiones de un proyecto tropical.
El desmantelamiento de una represa puede resultar en la movilización de una importante cantidad de sedimentos acumulados, pudiendo generar un gran pulso de emisiones de carbono equivalente (I. Lima, 2008).
4. METODOS DE EVALUACION PARA EMISIONES DE METANO
4.1. Contexto general
Con base en la literatura revisada, las emisiones de CH4 proveniente de la generación eléctrica a partir de energía hidráulica (con exclusión de los embalses tropicales) son menores que para las tecnologías de combustibles fósiles. Los rangos de emisión GEI del ciclo de vida para las tecnologías de energía hidroeléctrica y combustibles fósiles se presentan en la Tabla 6:
Tabla 6. Emisión de GEI por tipo de combustible para la generación eléctrica
Tecnología Tasa de emisiones GEI
6
Instalación hidroeléctrica (de pasada o embalse no tropical)
0,5 -152 Instalación hidroeléctrica (sólo depósito recién
inundado, boreal)
160 -250 Instalación hidroeléctrica (embalses tropicales) 1.300 -3.000 Planta eléctrica a gas natural 400 -500 Planta de energía de gasoil 790 - 900 Planta de energía a carbón 900 -1.200
Fuente: Hydropower Greenhouse Gas Emissions, 2012
Las principales fuentes de emisiones de GEI para la energía hidroeléctrica son la construcción de las instalaciones, y la biomasa en descomposición en la inundación del depósito (Hydropower Greenhouse Gas Emissions 2012). Con las diferencias metodológicas, la descomposición de la biomasa es la principal fuente de incertidumbre en las estimaciones de las emisiones de GEI; la tasa de descomposición es también altamente dependiente no sólo en la zona de clima (por ejemplo, tropical, boreal, etc.),
6 La equivalencia en dióxido de carbono (CO
2) de los seis gases de efecto invernadero regulados en el Protocolo de Kioto: dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, perfluorocarbonos, hidrofluorocarbonos y hexafluoruro de azufre
sino también en los aspectos específicos del bioma inundado (por ejemplo, río, humedales, bosques, etc.).
Según Beerten et al. 2009, las emisiones de GEI se analizan junto con el uso indirecto de energía, ya que la mayoría de las emisiones son el resultado de la utilización de la energía en las diferentes etapas del proceso.
En el último informe WNA, 2011 sobre las emisiones de GEI del ciclo de vida para diversas fuentes de generación de electricidad, publicados por organismos internacionales, agencias gubernamentales y universidades. Las conclusiones de este informe en cuanto a la intensidad de GEI del ciclo de vida se resumen en la Tabla 7:
Tabla 7.Rango de las emisiones de GEI de las diferentes tecnologías de generación de electricidad
Tecnología Las emisiones de gases de efecto invernadero, en t CO2 eq / GWh Media Rango inferior Rango superior
Lignito 1.054 790 1.372 Carbón 888 756 1.310 Petróleo 733 547 935 Gas Natural 499 362 891 Solar PV 85 13 731 Biomasa 45 10 101 Nuclear 29 2 130 Hidroelectricidad 26 2 237 Viento 26 6 124 Fuente: WNA, 2011
En general, las GEI del ciclo de vida por unidad de producción de energía eléctrica son más bajos para la energía hidroeléctrica que para las fuentes de combustibles fósiles (aunque en algunos casos los rangos de emisiones netas
hidroeléctricas pueden ser casi 2/3 de los de una central eléctrica de gas natural, (Demarty y Bastien 2011)).
Los estudios recientes han demostrado, además, que, durante los primeros años después de la creación de embalses, las emisiones de GEI en hidroeléctricas pueden ser superiores a las emisiones anuales de algunas fuentes de combustibles fósiles (Farrèr, 2007), teniendo en cuenta los rangos de emisión de GEI más bajos reportados en estudios anteriores. Que disminuyan con el tiempo la cantidad máxima de emisiones de CH4 en los embalses recién inundados es incierto.
Además, cada GEI se degrada químicamente con el tiempo en la atmósfera o se absorbe poco a poco en el océano o en otro ciclo geoquímico terrestre. Por ejemplo, durante el primer año, la emisión de una tonelada de CH4 emitido a la atmósfera tiene 72 veces el potencial de calentamiento atmosférico como una tonelada de CO2 emitida a la vez, mientras que sólo tiene 21 veces el potencial de calentamiento atmosférico de CO2 durante un período de 100 años después de la emisión, esto se debe a los ciclos de CH4 de la atmósfera son más rápido que el del CO2 durante 500 años (IPCC, 2007).
El CO2 es emitido por el desarrollo y el funcionamiento de los generadores fósiles, así como en la energía hidroeléctrica, y cierta cantidad de CH4 es emitido por algunas tecnologías de combustibles fósiles. Tanto el CO2 y el CH4 son producto de la descomposición de la biomasa en los embalases de hidroeléctricas, cada GEI tiene una eficacia diferente, cuantitativa, para atrapar el calor en la superficie de la tierra, esta eficacia se conoce como Potencial de Calentamiento Global (GWP) de la sustancia.
Para poder comparar las emisiones de CO2 y CH4 se utiliza el CO2 equivalente, que es una medida utilizada para comparar las emisiones de diversos gases de efecto
invernadero en base a su Potencial de Calentamiento Global (GWP). El CO2 equivalente para una cantidad dada de un gas se obtiene multiplicando el peso de los gases emitidos por el GWP del gas.
(1)
Tabla 8. Potencial de Calentamiento Global
Potencial del Calentamiento Global (GWP) de GEI
GEI GWP
CO2 1
CH4 21
N2O 310
Fuente: Environmental Protection Agency
4.2. Métodos evaluados
Dentro de los métodos evaluados se encuentran los propuestos por el IPCC en el 2007, dentro de la publicación de directrices del IPCC para los inventarios de nacionales de gases de efecto invernadero. Estas estimaciones se realizan separando los niveles de emisiones, los que se describieron en el capítulo anterior.
Emisiones difusas (Nivel 1):
(2) Dónde:
Emisiones de CH4: Gg/año P: período libre de hielos
En este modelo se deben considerar sólo las emisiones durante periodos libres de hielo, ya que se toman como nulas las emisiones del periodo donde exista una capa de hielo sobre la superficie de los embalses.
Emisiones por burbuja (Nivel 2):
( )
(3) Dónde:
Emisiones de CH4: kg/año Pf: período libre de hielos Pi: período cubierto de hielos
Ef (CH4) Difusa: promedio diario de emisiones difusas provenientes de la interfaz aire-agua durante el período libre de hielos.
Ef (CH4) burbujas: promedio diario de las emisiones por burbuja proveniente de interfaz aire-agua durante el período.
Ei (CH4) burbujas: emisiones por burbuja relacionadas con el período cubierto de hielos. Para realizar este cálculo, se realiza una tabla de valores para el promedio diario de las emisiones difusas provenientes de la interfaz aire-agua según el clima en el sector donde está ubicado el embalse. Los resultados de estas estimaciones se deben tomar con cautela, ya que dependen totalmente de otros factores que pueden alterar los resultados como se presenta en la Tabla 9:
Tabla 9. Valores promedio de emisiones difusas según condiciones climáticas
Fuente: IPPC 2007
Al comparar ambos métodos, se ve que el de Nivel 2 es mucho más preciso, pero necesita llevar un estudio con muestreo que ciertas variables, como lo son los sedimentos de los embalses. Para calcular los flujos de gases desde los sedimentos se puede utilizar la primera fórmula de difusión de Fick (Adams, et al., 2000). Esta se lleva cabo con datos obtenidos del monitoreo a los sedimentos de embalses o lagos.
(4)
Dónde:
J: flujo difuso del gas proveniente de la interfaz sedimento-agua φ: porosidad del sedimento
θ: tortuosidad
Do: coeficiente de difusión del gas en el agua
Clima
Emisiones difusas(período libre de hielos (kg CH4/ha x día)
Media Mínima Máxima
Polar/boreal muy húmedo 0,086 0,011 0,30 Templado frío húmedo 0,061 0,001 0,20 Templado cálido húmedo 0,150 -0,050 1,10 Templado cálido seco 0,044 0,032 0,09 Tropical muy húmedo 0,630 0,067 1,30 Tropical seco 0,295 0,070 1,10
Emisiones por desgasificación (Nivel 3):
Para conocer las emisiones de este nivel se necesita realizar una clasificación de los embalses, donde a través de ciertas características se puede saber si sus emisiones son importantes o insignificantes. Algunas de las características necesarias para realizar esta clasificación son:
Zona climática Tipo de suelo Edad del reservorio Morfología
Régimen de gestión
Variaciones de la profundidad Corriente de agua
Variabilidad estacional
Además, se debe considerar la forma del embalse, la que condiciona la manera de circular y de desplazarse del agua en su interior, lo que influye directamente con las emisiones de GEI (Armengol, 2000). La edad del embalse también es importante, ya que cuando están recién inundados, el carbono que se encuentra en hojas y basura, se descompone rápidamente, mientras que la descomposición de los troncos y materia orgánica poco biodegradable se realiza con posterioridad y lentitud.
La entrada de materia orgánica y nutrientes a los embalses acelera la proliferación de plantas acuáticas, las cuales al realizar la fotosíntesis captan la energía luminosa que procede del sol y la convierte en química. Con esta energía, el CO2, el agua y los nitratos que las plantas absorben reaccionan, sintetizando moléculas de carbohidratos, lípidos,
proteínas y ácidos nucleicos, que forman las estructuras de las plantas (Cardó, 2009). Pero en las noches se realiza la respiración de las plantas, proceso en el que desprenden CO2 y agua.
4.3. Embalses evaluados
Para la estimación de las emisiones de CH4 en embalses ecuatorianos, se toma en consideración los embalses que están en funcionamiento en la actualidad como el Embalses Amaluza, Embalse Mazar, Embalse Daule-Peripa, Embalse Pisayambo-Pucará y el Embalse Compensador del Proyecto Hidroeléctrico Coca Codo Sinclair que está en construcción y entra en funcionamiento en el 2016. Hidroagoyán no ha sido evaluado, puesto que es una central de pasada.
4.3.1. Embalse Amaluza (Hidroeléctrica Paute-Molino)
La Central Hidroeléctrica Paute Molino, o comúnmente conocida como represa Paute (Embalse Amaluza) tiene una capacidad de almacenamiento de ciento veinte millones de metros cúbicos (120 Hm3) con un volumen útil de cien millones de metros cúbicos (100 Hm3), ubicada en el río Paute, a 115 kilómetros de Cuenca, es la generadora hidroeléctrica más grande del país a la actualidad, contribuyendo con la mayor cantidad de energía eléctrica 1.075 MW, cuyas características se mencionan en la Tabla 10:
Ilustración 8. Embalse Amaluza, central hidroeléctrica Paute-Molino
Fuente: CELEC
Tabla 10. Información Embalse Amaluza
Embalse Amaluza
Provincia Cañar, Chimborazo, Azuay y Morona Santiago
Región Austral
Área Inundada 16 km2
Año de puesta en servicio 1983
Volumen embalsado 120.000.000 m3
Ríos Paute
Clima Templado cálido húmedo
Temperatura del agua 15,4 °C
m.s.n.m. (máx.) 1.191
m.s.n.m. (min.) 1.935
Generación Anual 4700 GWh
Fuente: Elaboración propia
4.3.2. Embalse Mazar (Hidroeléctrica Paute-Molino)
La Central Hidroeléctrica Mazar constituye el primer aprovechamiento aguas arriba de la cuenca del río Paute, ubicándose en las inmediaciones de la unión de este río con el río Mazar, aguas arriba del embalse Amaluza, que almacena el volumen de agua para la Central Hidroeléctrica Paute Molino (1.075 MW).
El proyecto Mazar está ubicado al Sur Oeste del Ecuador, entre los límites de las provincias de Azuay y Cañar, situado aguas arriba del embalse Amaluza, tendrá una
capacidad instalada de 160 MW, constituido por una presa de enrocado con pantalla de hormigón que forma un embalse de cuatrocientos diez millones de metros cúbicos (410 Hm3). El volumen muerto del embalse formado por la presa de Mazar de aproximadamente 101 Hm3, será capaz de alojar los sedimentos durante el período de 50 años de funcionamiento del proyecto, las características principales se mencionan en la Tabla 11.
Ilustración 9. Embalse Mazar, central hidroeléctrica Paute-Molino
Fuente: CELEC
Tabla 11. Información embalse Mazar
Embalse Mazar
Provincia Azuay
Región Austral
Área Inundada 9 km2
Año de puesta en servicio 2010
Volumen embalsado 410.000.000 m3
Ríos Paute
Clima Templado cálido húmedo
Temperatura del agua 12,9 ° C
m.s.n.m. (máx.) 2.165
m.s.n.m. (min.) 2.153
Generación Anual 816 GWh
4.3.3. Embalse Pucará (Hidroeléctrica
Pisayambo-Pucará)
El proyecto Pisayambo fue concebido para aprovechar una zona lacustre, localizada en la Cordillera Oriental de los Andes, en la provincial del Tungurahua. El embalse está ubicado dentro del Parque Nacional Llanganates. La central hidroeléctrica Pucará de 74 MW aporta con 230 GWh de energía promedio anual, con un volumen de noventa millones de metros cúbico (90 Hm3), como se indica la Tabla 12.
Ilustración 10.Embalse Pisayambo, central hidroeléctrica Pisayambo-Pucará
Fuente: CELEC
Tabla 12. Información embalse Pisayambo
Embalse Pisayambo-Pucará
Provincia Tungurahua
Región Sierra
Área Inundada 5 km2
Año de puesta en servicio 1977
Volumen embalsado 90.000.000 m3
Ríos Agualongopungo / El Milín / El Roncador / El Tambo
Clima Templado frío húmedo
Temperatura del agua 13,4 °C
m.s.n.m. (máx.) 3.537
m.s.n.m. (min.) 3.094
Generación Anual 230 GWh
4.3.4. Embalse Daule-Peripa (Hidroeléctrica Marcel Laniado)
La represa Daule-Peripa, obra del proyecto de Propósito Múltiple "Jaime Roldós Aguilera" permite la regulación y el control del comportamiento del agua. Geográficamente está ubicada en el punto de cierre de los ríos Daule y Peripa, consiste en un terraplén de 78 metros sobre el lecho del río, este embalse se alimenta en gran parte del 50% de agua que produce la sub cuenca del río Daule. La Central hidroeléctrica con 213 MW, tiene un embalse que inunda aproximadamente 34 mil hectáreas de tierra, perteneciente al territorio de cuatro provincias: Los Ríos, Manabí, Santo Domingo de los Tsáchilas y Guayas. Su capacidad de almacenamiento es de 6.000 millones de metros cúbicos (6.000 Hm3), con una generación anual de 980 GWh, como indica la Tabla 13.
Ilustración 11. Embalse Daule Peripa, central hidroeléctrica Marcel Laniado
Tabla 13. Información embalse Daule- Peripa
Embalse Daule Peripa
Provincia Los Ríos, Manabí, Santo Domingo, Guayas
Región Costa
Área Inundada 340 km2
Año de puesta en servicio 1987
Volumen embalsado 6.000.000.000 m3
Ríos Pastaza
Clima Tropical Húmedo
Temperatura del agua 26 °C
m.s.n.m. (máx.) 505,56
m.s.n.m. (min.) 452,67
Generación Anual 980 GWh
Fuente: Elaboración propia
4.3.5. Embalse Compensador (Hidroeléctrica Coca Codo Sinclair)
El proyecto hidroeléctrico Coca Codo Sinclair, está en construcción en la región Amazónica del Ecuador, en las provincias de Napo y Sucumbíos. La potencia instalada es de 1.500 MW y un factor de planta de 0,8. Con la hidrología disponible aportará este proyecto 873 GWh de energía anual. El embalse compensador posee un área inundada de ochocientos mil metros cúbicos (0,8 Hm3), como indica la Tabla 14.
Ilustración 12. Embalse Compensador, central hidroeléctrica Coca Codo Sinclair
Tabla 14. Información embalse Compensador
Embalse Compensador (Coca Codo Sinclair)
Provincia Napo
Región Amazónica
Área Inundada 3 km2
Año de puesta en servicio 2016
Volumen embalsado 800.000 m3
Ríos Coca
Clima Tropical muy húmedo
Temperatura del agua 20°C
m.s.n.m. (máx.) 1.283
m.s.n.m. (min.) 1.275
Generación Anual 8743 GWh
Fuente: Elaboración propia
4.4. Estado trófico de los embalses ecuatorianos
Algunos de los parámetros que se deben conocer es el estado trófico de los embalses, para lo cual se mide los siguientes parámetros como el contenido de clorofila, nitrógeno total y fósforo total. Los resultados de estos estudios permiten saber si existirán emisiones importantes de GEI desde los embalses. El estado trófico de los embalses analizados fue tomado de los Estudios de Impacto Ambiental con los que cuentan los embalses de las Centrales Hidroeléctricas, como se muestra en la Tabla 15:
Tabla 15. Estado trófico de los embalses
Estado Trófico de los Embalses
Embalse Estado
Embalse Paute-Molino Eutrófico Embalse Compensador (Coca Codo Sinclair) Oligotrófico Embalse Pisayambo Eutrófico Embalse Daule Peripa Eutrófico Embalse Mazar Eutrófico
