Blue Water Footprint of Hydropower Generation under Arid and Semi-Arid Climatic Conditions

Resumen Técnico: Huella de Agua Azul de la Generación Hidroeléctrica bajo Condiciones Climáticas Áridas y Semiáridas

Planteamiento del Problema
Los recursos de agua dulce están cada vez más limitados por el crecimiento demográfico, la expansión económica y el cambio climático, una situación particularmente aguda en regiones áridas y semiáridas como Irán. Si bien la energía hidroeléctrica es una fuente de energía renovable crítica, su dependencia de grandes embalses crea un significativo "costo de agua oculto" a través de la evaporación superficial. En climas cálidos y secos, estas pérdidas por evaporación pueden reducir drásticamente la disponibilidad de agua para otros sectores y socavar la sostenibilidad de la energía hidroeléctrica. A pesar de la importancia del nexo agua-energía, existe una escasez de evaluaciones cuantitativas exhaustivas de la huella de agua azul (HBA)—específicamente el volumen de agua superficial y subterránea consumido y no devuelto a la cuenca—asociada con la generación hidroeléctrica en Irán. Los estudios existentes suelen carecer de datos regionales detallados o no contabilizan adecuadamente la naturaleza multipropósito de los embalses y la influencia de la variabilidad climática en las tasas de evaporación.

Metodología
Este estudio emplea un enfoque descriptivo-analítico para cuantificar la HBA de 25 centrales hidroeléctricas operativas en Irán durante el periodo 2004–2021. La población de investigación consistió en 73 plantas activas, de las cuales se seleccionaron 25 mediante un muestreo intencional basado en la disponibilidad constante de datos operativos.

• Fuentes de Datos: La producción anual de electricidad (Terajulios, TJ) y los volúmenes de evaporación del embalse (metros cúbicos, m³) se extrajeron de balances nacionales oficiales de energía, informes de la Compañía de Gestión de Recursos Hídricos de Irán y datos del Centro de Gestión de Centrales Hidroeléctricas.
• Cálculo de la Huella de Agua: La huella de agua total ($WF_{e,Total}$) se calculó como la suma de la fase de construcción ($WF_{e,c}$) y la fase operativa ($WF_{e,o}$). Debido a la falta de datos específicos de construcción para cada presa, se aplicó un valor de proximidad de 0.3 m³/TJ (basado en Golabi et al., 2019) para la fase de construcción. La huella de la fase operativa se derivó dividiendo el volumen evaporado anual ($E_o$) por la producción anual de electricidad ($P$).
• Asignación de la Evaporación: Reconociendo que muchos embalses sirven para múltiples propósitos (p. ej., riego, control de inundaciones, suministro doméstico), el estudio evitó atribuir el 100% de la evaporación a la hidroelectricidad. En su lugar, utilizó el enfoque de asignación propuesto por Scherer y Pfister (2016). Se determinó un factor de asignación ($f_A$) basado en la clasificación de prioridad de la hidroelectricidad entre los objetivos del embalse ($n$). Si la hidroelectricidad ocupaba el rango $r$, el factor se calculó para distribuir la pérdida por evaporación proporcionalmente.
• Análisis de Sensibilidad: Para abordar la incertidumbre en los supuestos de asignación, se realizó un análisis de sensibilidad comparando tres escenarios: la asignación basada en el ranking base del estudio, una asignación igual entre todos los propósitos ($f_A = 1/n$) y una asignación total a la hidroelectricidad ($f_A = 1.0$).
• Análisis Estadístico: La normalidad de los datos se evaluó mediante la prueba de Kolmogorov–Smirnov, realizando los análisis utilizando SPSS versión 23 y Excel.

Resultos Clave
El estudio reveló una heterogeneidad significativa en la huella de agua azul entre las 25 plantas, fuertemente influenciada por el tamaño de la planta, la morfología del embalse y el clima local.

• Variación por Tamaño de Planta: Contrario a la suposición de que las plantas más grandes son siempre más eficientes, los resultados mostraron que las centrales hidroeléctricas de pequeña escala (<10 MW) exhibieron la mayor HBA por unidad de energía producida.
  • Mayor HBA: La planta Golab (escala pequeña) registró la mayor huella con 283,852.15 m³/TJ.
  • Menor HBA: La planta Shah Qasim en Yasuj (escala pequeña) tuvo la menor con 323.22 m³/TJ.
  • Plantas Grandes: Entre las plantas grandes (>100 MW), Karkheh tuvo la mayor huella (15,599.34 m³/TJ), mientras que Karoon-3 tuvo la menor (412.84 m³/TJ).
• Tendencias Temporales: La HBA anual fluctuó significativamente entre 2004 y 2021. El pico ocurrió en 2021 (11,136.44 m³/TJ), coincidiendo con uno de los años más secos en la historia reciente de Irán, caracterizado por precipitaciones un 40–50% por debajo de la media a largo plazo y temperaturas más altas. La huella anual más baja se registró en 2008 (3,690.31 m³/TJ).
• Impulsores Climáticos: Las plantas en regiones cálidas y áridas demostraron tasas de pérdida de agua sustancialmente más altas. El estudio confirmó que las altas temperaturas, las condiciones de sequía y la baja humedad intensificaron directamente la evaporación, aumentando así la HBA.
• Hallazgos de Sensibilidad: Aunque la magnitud absoluta de la HBA varió significativamente bajo diferentes supuestos de asignación (p. ej., la HBA de Golab osciló entre ~283,000 m³/TJ en el modelo base y ~1.77 millones de m³/TJ bajo la asignación total), el ranking relativo de las plantas se mantuvo constante. Esto sugiere que las conclusiones principales del estudio sobre la alta intensidad hídrica de ciertas plantas son robustas a pesar de las incertidumbres de asignación.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma proporcionar un marco novedoso para vincular el uso de agua de la hidroelectricidad con la variabilidad climática, ofreciendo una perspectiva crítica sobre la sostenibilidad de las interacciones agua-energía en entornos áridos.

• Reevaluación de la Sostenibilidad Hidroeléctrica: Los hallazgos desafían la percepción convencional de la hidroelectricidad como una fuente de energía universalmente sostenible. En regiones con escasez de agua como Irán, las altas tasas de evaporación de los grandes embalses pueden hacer que tales proyectos sean ambientalmente injustificados desde una perspectiva de gestión de recursos hídricos.
• Contribución Metodológica: El estudio demuestra la necesidad de integrar factores de asignación y variabilidad climática en las evaluaciones de la huella de agua. Destaca que omitir la naturaleza multipropósito de los embalses o ignorar las condiciones climáticas locales conduce a evaluaciones de sostenibilidad inexactas.
• Implicaciones de Política: Los autores argumentan que la planificación hidroeléctrica futura en Irán debe adoptar un enfoque regionalmente diferenciado. Sugieren priorizar sistemas de pasada (run-of-river) o embalses más pequeños con menores relaciones superficie-volumen para minimizar la evaporación. Además, el estudio aboga por la integración del análisis de la huella de agua en la planificación energética nacional y la adopción de estrategias de gestión integrada de agua y energía para mejorar la resiliencia ante el cambio climático.
• Contexto Global: Los valores de HBA reportados son generalmente más altos que en las regiones templadas, pero se alinean con los hallazgos de otras zonas áridas (p. ej., el sur de España, Sudáfrica), reforzando la conclusión de que el clima local es el determinante principal de la magnitud de la huella de agua en los sistemas hidroeléctricos.

El estudio concluye que, si bien la hidroelectricidad sigue siendo una fuente de energía clave, su sostenibilidad en regiones áridas depende de reconocer y mitigar las pérdidas por evaporación mediante una mejor gestión de los embalses, un diseño adaptado al clima y la diversificación de la cartera de energías renovables.