Profundizar: el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo marcará el futuro energético

Al equilibrar la oferta y la demanda, el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo contribuye a estabilizar la red eléctrica al reducir la necesidad de más centrales eléctricas y el impacto ambiental asociado. Sin embargo, la construcción de embalses e infraestructura asociada puede provocar cambios significativos en el uso del suelo, impactos en la calidad del agua, emisiones de gases de efecto invernadero en las fases de construcción y pérdidas por evaporación.

Para mitigar estos impactos, es esencial una planificación cuidadosa y una gestión colaborativa de los proyectos.

Más allá de los componentes visibles de las presas y embalses, la infraestructura subterránea del almacenamiento por bombeo garantiza un funcionamiento eficiente y confiable de los proyectos de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo (PHS, por sus siglas en inglés) con un impacto ambiental y visual mínimo.

La conexión entre embalses suele incluir pendientes pronunciadas y requiere un equilibrio entre la eficiencia hidráulica y las realidades de la construcción, en particular en lo que respecta a presupuesto, plazos y transporte de materiales.

El PHS y la tecnología que hay detrás

A menudo se utilizan herramientas avanzadas de modelado y software de simulación para perfeccionar los diseños y predecir el rendimiento en distintos escenarios operativos.

Perfeccionamiento del diseño Se utiliza el modelado para simular escenarios de diseño, de manera de optimizar la disposición y las dimensiones de las cavernas, tuberías forzadas, túneles de descarga y otras estructuras hidráulicas para lograr el mejor equilibrio entre eficiencia y costo.

El software de predicción de rendimiento anticipa el rendimiento de los sistemas en diferentes condiciones de operación, lo que permite hacer ajustes de diseño para garantizar un funcionamiento confiable y eficiente.

Los sistemas de circuito cerrado —una aplicación práctica en el — permiten dos embalses conectados por un túnel o una tubería, con un trasvase que no depende de masas de agua naturales. El software de modelado y simulación garantizan una pérdida mínima de energía y una máxima eficiencia, mientras que los sistemas de control gestionan los niveles de agua y caudales para evitar problemas como desbordamientos o bajo rendimiento.

Las simulaciones avanzadas ayudan a diseñar sistemas de control y a gestionar diversas situaciones, lo que permite una mayor eficacia y practicidad.

Investigaciones geotécnicas

Estas investigaciones ayudan a formar una idea clara de las condiciones del subsuelo para garantizar la estabilidad y seguridad de la infraestructura. La caracterización del sitio explora las propiedades geológicas y estructurales; los estudios geofísicos utilizan técnicas no invasivas para mapear las características del subsuelo e identificar posibles riesgos geológicos sin alterar el sitio.

Caracterización del sitio

• Condiciones del terreno: La exploración de las características geológicas y estructurales del sitio con un nivel razonable de información sobre las condiciones del terreno, las tensiones, las fallas, la debilidad o fortaleza del suelo, y la roca constituyen información esencial para optimizar el diseño.
• Comportamiento del suelo y la roca: La evaluación de las propiedades físicas y mecánicas del suelo y la roca, como el tipo, la resistencia, la deformabilidad, el potencial hinchamiento y el comportamiento en el tiempo es esencial para diseñar fundaciones y estructuras estables.
• Evaluación de aguas subterráneas: Conocer el estado de las aguas subterráneas, incluidos su nivel y flujo, y la permeabilidad del suelo, ayuda a diseñar sistemas eficaces de gestión hídrica y a prevenir problemas como percolación y erosión.

Estudios geofísicos

• Técnicas no invasivas: Se utilizan métodos como refracción sísmica, resistividad eléctrica y radar de penetración terrestre para mapear las características del subsuelo e identificar posibles riesgos geológicos sin alterar el sitio.
• Identificación de riesgos geológicos: La detección de peligros como socavones, fallas, karst, desprendimientos de rocas, flujos de detritos y taludes inestables es fundamental para garantizar la seguridad y longevidad de la infraestructura de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo.

Investigaciones del subsuelo

• Perforación y muestreo: Se perforan barrenos para recoger muestras de suelo y roca, que luego se analizan en el laboratorio para determinar sus propiedades y su idoneidad para la construcción.
• Pruebas in situ: Pruebas como el ensayo de penetración estándar (SPT, por sus siglas en inglés) y el ensayo de penetración de cono (CPT, por sus siglas en inglés) en el suelo, la prueba de Lugeon, la prueba de fracturación hidráulica, el ensayo de sobretestificación y la prueba de medidor de presión en la roca brindan datos confiables de la resistencia del suelo y la roca e indexan los datos.

Ensayos de laboratorio

• Propiedades de los materiales Pruebas mecánicas como los ensayos de compresión uniaxial y triaxial de muestras de suelo y roca en el laboratorio ayudan a determinar parámetros como la resistencia al cizallamiento, la deformabilidad y la capacidad portante, vitales para las decisiones de diseño.
• Control de calidad: Garantizar que los materiales utilizados en la construcción cumplan las normas y especificaciones requeridas es crucial para el éxito de los proyectos.

Ingeniería de servicios públicos subterráneos

• Mapeo de servicios públicos: Identificar y mapear los servicios subterráneos que existen ayuda a evitar conflictos durante la construcción y reduce el riesgo de retrasos y sobrecostos.

Monitoreo e instrumentación

• Monitoreo continuo: La instalación de instrumentos para monitorear el movimiento del terreno, los niveles de agua y otros parámetros durante y después de la construcción ayuda a garantizar la estabilidad y seguridad del sistema de PHS.

Competencia técnica ambiental

Los proyectos de PHS se extienden más allá de las dificultades técnicas y ofrecen la oportunidad de contribuir a la transición energética global.

Los proyectos de PHS con infraestructura subterránea plantean importantes ventajas. Al minimizar la alteración de la superficie, estos sistemas reducen su impacto en los ecosistemas y optimizan el uso del suelo, lo que convierte a los sistemas de PHS subterráneos en una opción atractiva para regiones en las que la disponibilidad de suelo o los problemas ecológicos son un problema. El PHS favorece a la integración de fuentes de energía renovable como la eólica y la solar al ofrecer una forma confiable de almacenar el excedente de energía y liberarlo cuando sea necesario, reduciendo así la dependencia de los combustibles fósiles.

Al equilibrar oferta y demanda, el PHS ayuda a estabilizar la red eléctrica, con lo que puede reducir la necesidad de centrales eléctricas adicionales y el impacto ambiental asociado. Sin embargo, la construcción de embalses e infraestructura asociada puede provocar cambios significativos en el uso del suelo, impactos en la calidad del agua, emisiones de gases de efecto invernadero en las fases de construcción y pérdidas por evaporación.

Para mitigar estos efectos negativos, es necesaria una planificación y gestión cuidadosa de los proyectos, con competencia en evaluaciones ambientales, optimización de diseños, monitoreo y gestión, estudios de factibilidad y secuenciación de las actividades de construcción.

Secuenciación de la construcción e infraestructura subterránea

Los estudios de factibilidad y la secuenciación de las actividades de construcción deben ajustarse a hitos más amplios en los proyectos, los cuales pueden abarcar de 10 a 15 años desde las investigaciones iniciales hasta la puesta en servicio.

La identificación de todas las tareas, como excavaciones, construcción de túneles e instalación de turbinas y generadores, requiere una comprensión experta de la dependencia entre tareas para una asignación eficaz de plazos y recursos.

Esta secuenciación es especialmente importante en la infraestructura subterránea, donde los hitos de los proyectos determinan los plazos: el diseño, la excavación, la construcción de estructuras, la instalación y puesta en servicio deben ajustarse a los objetivos operativos a gran escala. Los retrasos en una fase pueden provocar un efecto dominó que genere conflictos en el cronograma de las fases siguientes. Por ejemplo, si se retrasa la excavación, puede posponerse la instalación de turbinas y otra infraestructura crítica. Esto puede dar lugar a sobrecostos; un uso prolongado de mano de obra, equipos y materiales; penalizaciones por incumplimiento de plazos contractuales; y disputas con contratistas y otras partes.

Los expertos en secuenciación de obras pueden mitigar el impacto de los retrasos empleando una planificación eficaz, gestión de riesgos, una comunicación clara y el seguimiento periódico de los avances para introducir los ajustes necesarios y mantener el proyecto en marcha.

¿Qué viene después?

El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo (PHS) se ha convertido en una piedra angular de la transición hacia la energía renovable. A medida que la demanda global sigue creciendo, el compromiso de Hatch con la innovación y la colaboración le asegura situarse a la vanguardia de esta evolución mediante soluciones que cumplen los más altos estándares de excelencia técnica y gestión ambiental. Tanto para ingenieros de túneles como para entusiastas de la energía, el PHS representa no solo un logro tecnológico, sino un camino hacia un futuro más sostenible.

El enfoque multidisciplinario de Hatch integra ingeniería estructural, geotécnica, mecánica, eléctrica y de túneles para garantizar que cada aspecto del proyecto se aborde de forma holística y colaborativa. Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre cómo abordamos de forma innovadora la transformación energética y ayudamos a nuestros clientes a resolver sus retos de infraestructura más difíciles.