This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.
En 2021, la energía hidroeléctrica contribuyó con el 16% de la producción global total de electricidad, mientras que en Estados Unidos representó solo alrededor del 6% del total (aunque fue responsable del 31.5% de la electricidad generada a nivel nacional a partir de fuentes renovables), de acuerdo con la Administración de la Información de los EE.UU. Esta pequeña parte de la producción de EE. UU podría ser mayor: el Informe Hydropower Vision 2016, publicado por la Oficina de Tecnologías Hidráulicas (WPTO, por sus siglas en inglés) del Departamento de Energía (DOE por sus siglas en inglés) de EE.UU, afirmó que “La energía hidroeléctrica de EE.UU podría crecer de 101 gigavatios (GW) de capacidad hasta cerca de 150 GW para 2050”.
Si se debería de expandir la generación hidroeléctrica es un punto de controversia, ya que no está exento de desventajas. Los efectos negativos sobre los cursos hídricos y los ecosistemas asociados a la infraestructura hidroeléctrica, y también aguas abajo, están bien documentados. Pero las operaciones hidroeléctricas pueden también proporcionar energía limpia y rentable, beneficiar los esfuerzos de control de inundaciones y riego, ayudar a mantener el suministro de agua, mitigar el cambio climático y aumentar la fiabilidad de la producción de electricidad.
A pesar de que la energía hidroeléctrica es una de las fuentes de energía renovable más antiguas y grandes del país, hay muy pocos datos públicos disponibles o de fácil acceso sobre la flota actual de las centrales hidroeléctricas de EE. UU.
A pesar de que la energía hidroeléctrica es una de las fuentes de energía renovable más antiguas y grandes del país, hay muy pocos datos públicos disponibles o de fácil acceso sobre la flota actual de las centrales hidroeléctricas de EE. UU. Los datos disponibles están incluidos en bases de datos distintas creadas por varias fuentes privadas, así como por agencias gubernamentales como la WPTO. Este limitado acceso a los datos restringe la capacidad de las partes interesadas en la industria, el gobierno y la investigación para planificar, regular y estudiar sistemas integrados de energía y agua, particularmente a nivel de la cuenca fluvial. Tales esfuerzos requieren datos que caractericen la composición, el desempeño, los costos, la participación en el mercado y las mejores prácticas regulatorias de la flota hidroeléctrica, junto con datos que abarquen la regulación de inundaciones, la hidrografía, la recreación, la ecología acuática, la calidad y el uso del agua.
Examinar más a fondo el potencial del país para la generación de energía hidroeléctrica segura y sostenible requiere ampliar y fortalecer el conocimiento y la participación de las comunidades de investigación y aplicaciones de la energía hidroeléctrica, lo que a su vez requiere un mejor acceso a los datos existentes, así como nuevas capacidades analíticas. Dicho acceso y capacidades ayudarán informando una estrategia de investigación a largo plazo bien diseñada para respaldar el mantenimiento y la posible expansión de la flota hidroeléctrica de EE. UU.; reducir sus impactos ambientales; e identificar formas en que la energía hidroeléctrica puede contribuir a mejorar la confiabilidad de la red, resiliencia e integración.
En los últimos años, la WPTO del DOE y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL, por sus siglas en inglés) han hecho significativos esfuerzos para mejorar la disponibilidad, accesibilidad y usabilidad de una variedad de información de energía hidroeléctrica y herramientas analíticas para el desarrollo de una novedosa plataforma online llamada HydroSource.
El alcance ampliado de HydroSource
HydroSource es principalmente un recurso para los interesados en la energía hidroeléctrica: operadores y desarrolladores de energía hidroeléctrica; organizaciones gubernamentales (a nivel federal, estatal y local) y no gubernamentales; e investigadores académicos, políticos y el público.
HydroSource nació del precursor Programa Nacional de Evaluación de Activos Hidroeléctricos (NHAAP, por sus siglas en inglés), el cual fue fundado en 2010, patrocinado por WPTO y ubicado en ORNL. El objetivo de NHAAP fue proveer datos para la evaluación de los recursos hidroeléctricos existentes y potenciales en los Estados Unidos. Este construyó y mantuvo una base de datos completa cubriendo más de 2,000 plantas en todo el país. La base de datos incorporó plantas hidroeléctricas federales operadas por la Oficina de Reclamación de EE. UU., el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. y la Autoridad del Valle de Tennessee, así como plantas hidroeléctricas no federales reguladas por la Comisión Reguladora de Energía Federal (FERC, por sus siglas en inglés) de EE. UU. y agencias estatales. NHAAP también produjo estimaciones del potencial hidroeléctrico de represas sin energía y desarrollos de nuevos tramos de arroyos y, como se indica en la Ley de Agua SECURE de 2009—el primer informe que evalúa los impactos del cambio climático en la generación hidroeléctrica federal.
“A medida que los sistemas de energía y agua del país se vuelven cada vez más complejos e interconectados, un panorama de datos ampliado y más accesible ayuda permitiendo nuevas capacidades analíticas y de investigación sólidas.”
Como el alcance de NHAAP se propagó más allá de la simple evaluación de los recursos, el programa pasó entre 2017 y 2018 a convertirse en HydroSource. HydroSource es una plataforma digital nacional integral y única que brinda administración y difusión dedicadas de una amplia gama de datos científicos actualizados (Figura 1), mejorando así el “panorama de datos” de la energía hidroeléctrica y la información fluvial de los EE. UU. para las partes interesadas en la energía hidroeléctrica de los EE. UU.
A medida que los sistemas de energía y agua del país se vuelven cada vez más complejos e interconectados, un panorama de datos ampliado y más accesible ayuda permitiendo nuevas capacidades analíticas y de investigación sólidas. Estas capacidades respaldan análisis transparentes y con base científica de proyectos hidroeléctricos existentes e información (por ejemplo, relacionados con la caracterización de recursos y el rendimiento de la planta, costos y mantenimiento); evaluaciones ambientales e impactos climáticos y medidas de mitigación; y consideraciones en torno al desarrollo de nuevos proyectos, incluyendo permisos, aceleración del mercado hidroeléctrico y las actividades de tecnología para el mercado. También apoyan la mejora de la toma de decisiones y la elaboración de políticas para la generación eficiente y sostenible de energía hidroeléctrica y para la gestión de los recursos hídricos de toda la cuenca también para otros usos.
Un recurso multifacético
El portal de datos HydroSource permite a cualquier persona buscar y descargar datos publicados producidos por científicos del ORNL y que cubren varias escalas espacio-temporales. El portal ha sido desarrollado según los principios FAIR (encontrable, accesibles, interoperable y reutilizable; por sus siglas en inglés), que permiten que los datos se difundan públicamente junto con metadatos estandarizados e identificadores de objetos digitales. La plataforma digital HydroSource ofrece las siguientes características y beneficios clave a los usuarios:
- atos científicos autorizados y multidisciplinarios sobre energía, agua y caracterización y evaluación del recurso, así como sobre factores ambientales, hidroclimatológicos y socioeconómicos.
- Atributos de datos y metadatos bien descritos que cumplan las normas comunitarias pertinentes y ayuden a descubrir y reutilizar los datos.
- Acceso centralizado a productos integrados y derivados y herramientas que proporcionan un análisis de datos flexible y fácil de usar para abordar objetivos específicos de cada escenario.
- Compromiso continuo con el usuario final y coordinación por parte del equipo de HydroSource para apoyar las necesidades del usuario final.
Los datos acerca de las centrales hidroeléctricas existentes y sobre el futuro potencial hidroeléctrico constituyen el recurso principal de la plataforma digital HydroSource. La Base De Datos De Las Centrales Hidroeléctricas Existentes (EHA, por sus siglas en inglés), usada para desarrollar el Mapa Hidroeléctrico Nacional (Figura 2), consiste en datos exhaustivos sobre las ubicaciones y las características claves (por ejemplo, generación o capacidad) de las actuales centrales hidroeléctricas estadounidenses en operaciones. La base de datos EHA proporciona la ubicación y las características clave de las unidades de turbina operativas en las centrales hidroeléctricas estadounidenses. Como demuestra el Reporte del Mercado Hidroeléctrico de WPTO y sus datos asociados, las evaluaciones de recursos EHA, así como los datos de fuentes externas, pueden ser utilizados para analizar el pasado, presente y futuro proyectado de la industria hidroeléctrica y las tendencias en el desarrollo de almacenamiento por bombeo. Los usuarios a menudo buscan información muy específica sobre las centrales, por lo que es importante que los datos de EHA en HydroSource se puedan filtrar por ubicación (región o subregión hidrológica, cuenca o subcuenca, autoridad de balance) o entidad propietaria.
Infraestructura hidroeléctrica—Lagos, embalses y ríos (HILARRI, por sus siglas en inglés) es una base de datos que enlaza los principales conjuntos de datos de presas y centrales hidroeléctricas en funcionamiento y cuerpos de agua continentales. Por ejemplo, los datos sobre presas del Inventario Nacional de Presas y de la Base de Datos Mundial sobre Embalses y Presas y sobre centrales hidroeléctricas del conjunto de datos EHA están vinculados a la información sobre los cuerpos de agua del Conjunto de Datos Hidrográficos Nacionales y de la base de datos HydroLAKES, proporcionando información hidrológica e hidráulica pertinente para el análisis de los sistemas hidroeléctricos.
HydroSource también proporciona múltiples recursos útiles para evaluar nuevos desarrollos hidroeléctricos por medio de conversiones rentables de presas no energéticas (NPD, por sus siglas en inglés) existentes en presas hidroeléctricas. Entre ellos se encuentran el conjunto de Datos Sobre el Potencial Hidroeléctrico ee EE. UU. a partir de Represas no Eléctricas Existentes, que estima la capacidad hidroeléctrica sin explotar y los potenciales de generación superiores a 1 megavatio para represas no eléctricas, y el Inventario De Características De Presas No Eléctricas De EE. UU. HydroSource también proporciona datos que identifican arroyos estadounidenses sin explotar que podrían potencialmente generar energía hidroeléctrica a través del Potencial Hidroeléctrico del Conjunto de Datos De Potencial Hidroeléctrico del Desarrollo de Nuevos Cursos de Agua. Los datos de Nuevos Cursos de Agua diferencian los tramos de arroyos con potencial energético alto (>1 megavatio) o bajo (<1 megavatio) y actualmente identifican más de 100 tramos con al menos 100 megavatios de capacidad potencial.
Es esencial garantizar que los proyectos hidroeléctricos se diseñen para mitigar los efectos negativos.
Además de los beneficios de la energía hidroeléctrica, también este puede tener efectos perjudiciales para la salud, la seguridad humana y ambiental. Por ejemplo, la generación de energía hidroeléctrica puede impedir la migración de los peces, cambiar la temperatura y la química del agua, las cargas de sedimentos, la estructura de las comunidades ecológicas y las características del flujo de los ríos. Es esencial garantizar que los proyectos hidroeléctricos se diseñen para mitigar los efectos negativos. HydroSource proporciona datos y herramientas basadas en datos que pueden ayudar a identificar y minimizar los impactos de la energía hidroeléctrica. La Base de Datos de Mitigación de Energía Hidroeléctrica de EE. UU., por ejemplo, detalla las medidas de mitigación asociadas con las centrales hidroeléctricas autorizadas por la FERC (Figura 3), y el conjunto de datos Costo de Mitigar los Impactos Ambientales de los Proyectos Hidroeléctricos recopila datos sobre los costos de mitigación para 182 proyectos a partir de documentos de la FERC. La Base de Datos de Métricas Ambientales para la Energía Hidroeléctrica compila además 3,000 métricas utilizadas para caracterizar los efectos ecológicos relacionados con la calidad del agua, la biodiversidad, la geomorfología y la cobertura y el uso del suelo en 231 lugares de generación de energía hidroeléctrica en todo el país. Este recurso indica cómo se han utilizado anteriormente diferentes métricas en diferentes regiones y diferentes tipos de proyectos hidroeléctricos, y puede ayudar a determinar métricas útiles para evaluar proyectos actuales y futuros.
También está disponible en HydroSource un conjunto de datos de la Tercera Evaluación de los Efectos del Cambio Climático en la Energía Hidroeléctrica Federal de 2022—que sucedió a la primera evaluación en 2012 y la segunda en 2016—que informó los efectos potenciales del cambio climático en la disponibilidad del agua para la energía hidroeléctrica en instalaciones federales y en la comercialización de la energía de esas instalaciones. Este conjunto de datos presenta proyecciones hidroclimáticas reducidas de alta resolución para los Estados Unidos contiguos a partir de un conjunto de modelos climáticos generales de la fase 6 del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados. El conjunto de datos proporciona futuras proyecciones hidroeléctricas estacionales y mensuales en 132 centrales hidroeléctricas federales, apoyando la planificación a largo plazo de la comercialización de la energía hidroeléctrica.
Para dar sentido a la gran cantidad de datos de HydroSource se dispone de varias herramientas analíticas, así como cuantiosas colecciones de metadatos (indexados para búsqueda y recuperación) asociadas con cada conjunto de datos, visualización y herramienta. HydroSource Data Explorer es una plataforma digital para el análisis integrado de la energía, el agua y los ecosistemas que permite explorar y descargar todos los datos de HydroSource. Los usuarios pueden, por ejemplo, estimar la generación y capacidad de energía hidroeléctrica por región, visualizar el potencial hidroeléctrico futuro de una cuenca o analizar las instalaciones y la hidrología existentes alrededor de un nuevo sitio de desarrollo. El Sistema de Clasificación de Arroyos de EE.UU., que organiza 2.6 millones de tramos de arroyos en los Estados Unidos en grupos con propiedades físicas similares, permite a los usuarios explorar y visualizar los arroyos en función de los regímenes hidrológicos y térmicos, el tamaño, la pendiente y la geomorfología del valle. Del mismo modo, El Explorador De Centrales Hidroeléctricas Modulares Estándar permite realizar análisis geovisuales útiles para la ubicación, el diseño, el desarrollo y la explotación de instalaciones hidroeléctricas pequeñas, de bajo coste, modulares y reproducibles que mantengan o potencien la función fluvial. Otras herramientas permiten explorar datos relacionados con los NPD y los posibles impactos ambientales de los proyectos hidroeléctricos
Otro beneficio importante de la plataforma digital HydroSource es que permite a los usuarios recorrer múltiples conjuntos de datos a la vez, permitiendo realizar análisis multidimensionales más completos. La integración de los conjuntos de datos a través del modelo de datos de HydroSource, el cual informa a los usuarios sobre cómo se conectan los distintos datos y cómo pueden utilizarse con los sistemas de información geográfica (SIG) y el software de visualización, hace que este sea un proceso fluido, agregando valor a los datos en HydroSource.
Al servicio de la comunidad de datos sobre el agua
El equipo de HydroSource interactúa de manera proactiva con nuestra diversa base de usuarios finales de energía hidroeléctrica y posibles partes interesadas en la comunidad de datos sobre el agua para comprender y apoyar sus necesidades. Por ejemplo, regularmente solicitamos comentarios sobre sus experiencias, preferencias y desafíos durante la búsqueda, descarga y uso de productos de datos hidroeléctricos desde la plataforma digital HydroSource. Y establecemos asociaciones con las comunidades de usuarios—en la Asociación Nacional de Energía Hidroeléctrica, laboratorios nacionales y agencias federales, organizaciones no gubernamentales, universidades y el público—a través de seminarios web y talleres.
Estas capacidades permitirán una extracción de datos más rigurosa y posibilitarán análisis y visualizaciones innovadores, el intercambio de información con otras bases de datos y repositorios, y la integración de datos en tareas de modelización y simulación.
HydroSource continuará sus esfuerzos para atender a una base de usuarios diversa agregando más datos y herramientas relacionados con la energía hidroeléctrica. Estas capacidades permitirán una extracción de datos más rigurosa y posibilitarán análisis y visualizaciones innovadores, el intercambio de información con otras bases de datos y repositorios, y la integración de datos en tareas de modelización y simulación. En particular, HydroSource apoyará a la gestión y el análisis de datos hidrológicos complejos mediante el desarrollo, a partir del próximo año, una plataforma de integración de modelos y datos para comprender mejor los riesgos de las variaciones a largo plazo en la disponibilidad de agua para la generación hidroeléctrica y la resistencia de los activos hidroeléctricos existentes y nuevos.
Además, HydroSource continuará desarrollando asociaciones para ampliar el uso de datos abiertos, promover la ciencia abierta e incrementar el uso de datos en organizaciones multidisciplinarias y multiinstitucionales. Estamos colaborando, por ejemplo, con la Coalición Internet del Agua (IoW, por sus siglas en inglés), un grupo de organizaciones independientes y agencias públicas con el objetivo compartido de modernizar la infraestructura de datos sobre el agua de EE. UU., para facilitar el intercambio y la integración de datos relacionados con los recursos hidroeléctricos, el desarrollo, y operaciones. En este esfuerzo de colaboración, HydroSource servirá como centro de datos sobre el agua de IoW, contribuyendo a la gestión y administración sostenibles de los recursos hídricos.
Actualizar la plataforma HydroSource para lograr este objetivo implicará la construcción de una ciberinfraestructura que almacene datos y metadatos bien documentados y estructurados; hacer los datos y metadatos accesibles a través de búsquedas tradicionales en Internet y mediante búsquedas hidrológicas aguas arriba y aguas abajo a través del Índice de Datos Vinculados a la Red Hidrográfica del Servicio Geológico de EE.UU.; y hacer que esos datos y metadatos sean accesibles a través de interfaces de usuario bien diseñadas e interfaces de programación de aplicaciones consumibles por máquinas que cumplan con estándares abiertos.
En resumen, los avances, colaboraciones y compromisos iniciados a través del programa HydroSource deberían ampliar enormemente el panorama de datos con respecto a las operaciones hidroeléctricas, fomentando una toma de decisiones sólida para futuras investigaciones y para los esfuerzos de mantenimiento, planificación y regulación hacia una seguridad energética segura y sostenible.
Agradecimientos
Este artículo fue escrito por UT-Battelle LLC, bajo contrato DE-AC05-00OR22725 con el DOE de EE. UU. El editor reconoce la licencia del gobierno de EE. UU. para brindar acceso público según el Plan de Acceso Público del DOE. El autor agradece a Corey Vezina de la Oficina de Tecnologías de Energía Hidráulica por su apoyo, aportes y revisión de este artículo.
Datos de autora
Debjani Singh (debd@ornl.gov ), División de Ciencias Medioambientales, Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Oak Ridge, Tenn.
This translation by Solange Fiallos Ayala (@sol_fiallos_ec) was made possible by a partnership with Planeteando. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando.