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Una nueva vida para las minas abandonadas: las centrales hidroeléctricas subterráneas reversibles

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Sobre el blog

Estanislao Pujades
Licenciado en Geología y Doctor por la Universidad Politécnica de Cataluña. Actualmente investigador postdoctoral en “Helmholtz Centre for Environmental Research” (Alemania)
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Uno de los objetivos de la Unión Europea es disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. Para ello es necesario reducir el uso de energías fósiles, entre ellas la energía que se obtiene a través de la combustión del carbón, y aumentar el uso de energías renovables. La reducción del consumo de carbón, dará lugar al cierre de minas, aumentando el desempleo en las regiones mineras de la Unión Europea (UE), como por ejemplo algunas zonas del norte de España, la región Valona (Bélgica) o la región del Ruhr (Alemania). Por otro lado, para aumentar el uso de energía renovables es indispensable mejorar su eficiencia, especialmente en los casos de las energías solar y eólica. La baja eficiencia de algunas energías renovables esta relacionada con su intermitencia y variabilidad, las cuales impiden que la producción se adapte a la demanda.

En este contexto, los sistemas de almacenamiento de energía son esenciales para gestionar la producción de energía, incrementar la eficiencia de las energías renovales y fomentar su utilización. Básicamente, los sistemas de almacenamiento de energías, permiten almacenar el exceso de energía generado durante periodos de baja demanda eléctrica y producir energía cuando la demanda aumenta. Uno de los sistemas de almacenamiento de energía mas usado, debido a su alta capacidad, son las centrales hidráulicas reversibles (HR). Estas centrales consisten en dos embalses situados a diferentes alturas. El exceso de energía es usado para bombear agua desde el embalse inferior al superior, y cuando la demanda eléctrica aumenta, el agua se deja caer desde el embalse superiora al inferior, a través de turbinas, para generar energía.

Aunque las centrales HR son ampliamente usadas, presentan algunos inconvenientes. El principal inconveniente es que la construcción de estas centrales requiere una topografía específica ya que los embalses deben estar situados a diferentes alturas. Por este motivo, este tipo de centrales no pueden construirse en amplias zonas de la UE donde la topografía no es adecuada (zonas planas). Algunas de estas zonas, como por ejemplo Bélgica, Holanda u el oeste de Alemania, son zonas mineras donde abundan las minas de carbón, las cuales se están dejando de usar como consecuencia de la reducción del consumo de energía procedente de combustibles fósiles.

La opción que se plantea es reusar estas minas abandonadas para construir centrales hidroeléctricas subterráneas reversibles (HSR). Estas centrales consisten en dos embalses, uno subterráneo (formado por la mina) y otro superficial o poco profundo (en este caso, se usarían las galerías menos profundas de la mina) (Figura 1). Al igual que en las centrales HR, el agua seria bombeada desde el embalse subterráneo al superficial usando el exceso de energía durante periodos de baja demanda, y durante los periodos de alta demanda, el agua se dejaría caer a través de turbinas desde el embalse superficial al subterráneo para generar electricidad. Las centrales HSR tendrán, teoréticamente, menos impactos en el paisaje, uso de suelos, vegetación y vida salvaje que las centrales HR. Además, las centrales HSR tendrán beneficios sociales en las regiones mineras. Estas centrales aportaran puestos de trabajo y mejoraran las condiciones de vida después del cese de las actividades mineras, evitando que estas regiones se transformen en zonas económicamente deprimidas.

Sin embargo, antes de la construcción de centrales HSR, es necesario estudiar los impactos y consecuencias de la interacción entre el embalse subterráneo, el medio subterráneo (roca o suelo) en el que se encuentra excavada la mina, y el agua subterránea alrededor de la mina. No es habitual que las paredes de las minas estén impermeabilizadas, por lo tanto, existirá un intercambio de agua entre el embalse subterráneo y el medio en el que se encuentra excavada la mina.

Este intercambio puede tener consecuencias medioambientales y también puede afectar a la eficiencia de las centrales HSR. Con respecto al medio ambiente, los intercambios de agua pueden afectar el régimen natural del agua subterránea así como modificar su composición química, y por tanto, su calidad. Los impactos mas preocupantes son aquellos relativos a la composición química del agua subterránea. La composición química del agua bombeada cambiara durante su almacenamiento en el embalse superficial ya que será expuesta a la atmosfera (por ejemplo, se espera que su contenido en oxigeno aumente).

Cuando este agua vuelva al embalse subterráneo reaccionará con el agua almacenada en este, con las rocas alrededor de la mina y con el agua subterránea circundante. Estas reacciones podrían dar lugar, entre otros, a procesos de precipitación y/o disolución que podrían tener nefastas consecuencias. Por ejemplo, en caso de presencia de pirita, la cual se encuentra frecuentemente asociada a depósitos de carbón, la introducción de agua con un contenido de oxigeno mayor dará lugar a la acidificación del agua subterránea. Por otro lado, es también muy importante considerar los efectos de los intercambios de agua en la eficiencia de las centrales HSR. Estos intercambios afectarán a la eficiencia de las bombas y las turbinas ya que esta depende de la diferencia de niveles entre los dos embalses, y el nivel del embalse subterráneo esta afectado por los intercambios de agua.

Además, la eficiencia podría verse también alterada por las reacciones químicas, ya que estas podrían afectar a la vida útil de los equipamientos (bombas, turbinas, tuberías). Por lo tanto, aunque el uso de las minas abandonadas para la construcción de centrales HSR puede aportar ventajas energéticas y sociales, especialmente en las regiones mineras, es necesario establecer los principales impactos que tendrán están centrales sobre el medio ambiente y bajo que circunstancias ocurrirán. Esto nos permitirá seleccionar los lugares mas idóneos para su construcción, donde los impactos medioambientales sean mínimos, así como desarrollar técnicas para mitigar los impactos y aumentar la eficiencia de las centrales HSR.

Más información en:

  • Pujades, E., Jurado, A., Orban, P., & Dassargues, A., 2018.Parametric assessment of hydrochemical changes associated to underground pumped hydropower storage. Science of The Total Environment, DOI.
  • Pujades, E., Jurado, A., Orban, P., Ayora, C., Poulain, A., Goderniaux, P., Brouyère, S., Dassargues, A., 2018.Hydrochemical changes induced by underground pumped storage hydropower and their associated impacts. Journal of hydrology, 563, pp. 927-941. DOI.
  • Pujades, E., Jurado, A., Orban, P., Dassargues, A., 2018.Hydrochemical changes induced by underground pumped storage hydropower: influence of aquifer parameters in coal mine environments. Advances in Geosciences, 45, pp. 45-49, DOI.
  • Pujades, E., Orban, P., Archambeau, P., Erpicum, S., Dassargues, A., 2018. Numerical study of the Martelange mine to be used as lower reservoir for constructing an Underground Pumped Storage Hydropower plant. Advances in Geosciences, 45, pp. 51-56, DOI.
  • Pujades, E., Orban, P., Jurado, A., Ayora, C., Brouyère, S., Dassargues, A., 2017. Water chemical evolution in Underground Pumped Storage Hydropower plants and induced consequences. Energy Procedia, 125, pp. 504-510. DOI.
  • Pujades, E., Bodeux, S., Orban, P., Archambeau, P., Erpicum, S., Dassargues, A., 2017. Underground Pumped Storage Hydropower plants using open pit mines: how groundwater exchanges influence the efficiency?. Applied Energy, 190, pp. 135-146. DOI.
  • Bodeux, S., Pujades, E., Orban, P., Brouyère, S., Dassargues, A., 2017. Interactions between groundwater and the cavity of an old slate mine used as lower reservoir of an UPSH (Underground Pumped Storage Hydroelectricity): a modelling approach. Engineering Geology, 217, pp. 71-80. DOI.
  • Pujades, E. Willems, T., Bodeux, S., Orban, P., Dassargues, A., 2016. Underground Pumped Storage Hydroelectricity (UPSH) using abandoned works (deep mines or open pits): Impacts on groundwater flow.Hydrogeology Journal, 24 (6), pp. 1531-1546. DOI.

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