La hidroelectricidad es una fuente de energía renovable que genera electricidad a partir de la energía potencial del agua que está almacenada a un nivel elevado en una presa; al conducir el agua hacia un nivel inferior en una casa de máquinas, el movimiento del agua hace girar una turbina hidráulica que está acoplada al generador que produce la electricidad. La hidroelectricidad es una tecnología madura, es predecible y su precio es competitivo pues, aunque requiere una elevada inversión inicial, su vida útil es muy larga y sus costos de operación y mantenimiento son muy bajos.

Muchas de las centrales hidroeléctricas (CH) actualmente en servicio tienen más de treinta años de operación, han cumplido su vida útil, son ineficientes, sus componentes se han deteriorado, su tecnología es obsoleta, tienen costos elevados de operación y mantenimiento, su producción ha disminuido al igual que su confiabilidad y disponibilidad, son menores sus ingresos económicos, etc., por lo que es necesario rehabilitarlas, modernizarlas o repotenciarlas para que recuperen su eficiencia y continúen operando en condiciones similares a las originales durante varias décadas más. Cabe señalar que, en el actual ambiente de cambio tecnológico acelerado, la tecnología de una central puede quedar obsoleta en 15 años.

Existen tres actividades interrelacionadas y complementarias para lograr que cualquier central generadora de electricidad recupere, o inclusive supere, sus condiciones originales: la rehabilitación, la modernización y la repotenciación.

La rehabilitación consiste en reemplazar equipos o dispositivos en mal estado por otros nuevos, con la misma tecnología o similar, para retornar la eficiencia y capacidad de la central generadora a sus condiciones iniciales de funcionamiento. Su principal beneficio es extender la vida útil de la central por varias décadas adicionales con equipos electromecánicos nuevos o rehabilitados.

La modernización se refiere a reemplazar equipos o dispositivos en mal estado por otros nuevos, con tecnología avanzada, para mejorar la eficiencia, pero manteniendo la misma capacidad de la central eléctrica. Generalmente no incluye el cambio de la turbina o el generador, pero si implica el cambio de sistemas de control antiguos (mecánicos o electromecánicos) por sistemas de control electrónicos, lo que mejora la seguridad de la central y reduce tanto los tiempos de parada como los costos de operación y mantenimiento.

La repotenciación casi siempre implica un rediseño de la central generadora para incrementar su potencia, sustituyendo equipos antiguos por otros de mejor eficiencia y mayor capacidad. La repotenciación puede implementarse en cualquier momento de la vida de la central, cuando las condiciones financieras o del mercado eléctrico así lo requieran.

	Tecnología de reemplazo	Eficiencia	Vida útil	Capacidad de generación
Rehabilitación	similar	misma	mayor	misma
Modernización	avanzada	mejorada	mayor	misma
Repotenciación	avanzada	mejorada	mayor	incrementa

Normalmente, la repotenciación de centrales hidroeléctricas antiguas implica un menor costo que construir una nueva central, menos tiempo para su implementación, una disminución de sus impactos ambientales y sociales, así como incrementar la confiabilidad, la disponibilidad y la extensión de la vida útil, de la central repotenciada. Todo lo anterior, sin embargo, no es suficiente para tomar la decisión de repotenciar una CH, para ello es necesario efectuar un amplio estudio que incluye:

  Un estudio analítico de la central.
  Una evaluación de la vida residual de los componentes de la casa de máquinas para determinar los componentes que se remplazarán y los que se reutilizarán.
  Un estudio hidrológico para conocer el gasto disponible y la respectiva producción de electricidad.
  Un estudio de los problemas recurrentes mecánicos, eléctricos y del sistema de control de la central.
  Medir la presión en la entrada de la turbina y medir su descarga.
  Un análisis del sistema hidráulico de conducción con el contenido de sedimentos.
  Pruebas para revisar la respuesta de los reguladores de velocidad y de tensión.
  Medir las temperaturas en rodamientos, devanados y otros componentes bajo condiciones de operación estable, las cuales son indicativas de la salud de esos componentes.
  Revisar las vibraciones excesivas en los equipos principales.
  Un estudio de la operación del equipo auxiliar de la central (sistema eléctrico auxiliar, aire comprimido, sistema de lubricación, puente grúa, equipo antiincendios, etc.).
  Un análisis costo/beneficio de la repotenciación.

Entre los recursos tecnológicos que se utilizan para repotenciar una CH están la dinámica de fluidos computacional, para mejorar la eficiencia de la turbina hidráulica, de la tubería a presión, del tubo de aspiración, etc., así como procesos avanzados de manufactura y nuevos materiales para los componentes.

Aunque los trabajos de repotenciación se enfocan en el equipo electromecánico (turbina y generador) de la central, también se le debe prestar una atención adecuada a las obras civiles e hidromecánicas, pues es necesario corregir los daños identificados en la presa, canales, túneles, cámaras desarenadoras, vertedores, tubería a presión, válvulas, compuertas, equipo para limpieza de rejillas, etc. Deberá revisarse y resolverse el problema del azolvamiento en el embalse, ya que la vida útil de la presa depende fundamentalmente de dicho fenómeno.

La repotenciación de una CH, entre otras acciones, incluye:

 Mejorar la eficiencia de la turbina, controlar su desgaste e instalar un regulador electrónico de velocidad.
 Reducir las pérdidas en el generador eléctrico e instalar un sistema de excitación estática.
 Rehabilitar las obras hidromecánicas y civiles (presa, canales, tubería, válvulas, etc.).
 Reducir las pérdidas en todos los conductos o pasajes hidráulicos.
 Modernizar el sistema de instrumentación y control, incluido el monitoreo de vibraciones y los relevadores estáticos de alta velocidad.

Los principales beneficios al repotenciar una CH son los siguientes:

 Se incrementan la confiabilidad, la disponibilidad y el desempeño de la operación de la central.
 Disminuyen los costos de mantenimiento y de producción de electricidad en la central.
 Se incrementa entre 20 y 30 años la vida útil de la central.
 Se utiliza aceite biodegradable en la central para proteger el medio ambiente.
 Se mejora la seguridad industrial.
 Se incrementa la capacidad instalada de la central.

La literatura técnica reporta que las centrales hidroeléctricas que entraron en operación antes de 1967 pueden elevar su capacidad en un 30%, mientras que las que iniciaron operaciones entre 1967 y 1982 pueden elevarla un 15%. También se han reportado algunos casos con incrementos hasta del 50%.

Además de ser la principal fuente de energía renovable en el mundo, las centrales hidroeléctricas se caracterizan por un arranque rápido, por lo que son particularmente útiles para hacer frente a las fluctuaciones estacionales en la demanda de electricidad y para balancear las oscilaciones de las fuentes intermitentes de generación, como las centrales eólicas y solares. Al repotenciar el parque hidroeléctrico de nuestro país, se incrementa la capacidad de generación de energía limpia y se apoya el desarrollo de otras fuentes de energía intermitente.

En la Comisión Federal de Electricidad (CFE), la rehabilitación de centrales hidroeléctricas se orienta hacia aquellos equipos con un alto índice de fallas y tiene como fin mejorar o modernizar principalmente los sistemas de aislamiento, enfriamiento, control y protección. Las acciones de rehabilitación y modernización tienen el objetivo de recuperar los índices de eficiencia de las centrales e incrementar la capacidad en varias de ellas.

Desde hace varios años, la CFE ya había realizado estudios para repotenciar varias de sus centrales hidroeléctricas, obteniendo resultados teóricos atractivos, como se muestra en la siguiente tabla:

Proyecto	Estado	Potencia actual (MW)	Potencia mejorada (MW)	Incremento de potencia (%)
Portezuelo I	Puebla	1.79	2.57	43.57
Itzícuaro	Michoacán	0.67	1.3	94.02
Portezuelo II	Puebla	0.84	1.12	33.33
Ixtaczoquitlán	Veracruz	0.83	2.25	171.08
Micos	San Luis Potosí	0.69	1.6	131.88
Electroquímica	San Luis Potosí	1.44	2.26	56.94
El Retiro	Chiapas	22.25	24.95	12.13
La Angostura	Chiapas	900	1070	18.88
La Villita	Michoacán	264.39	301.43	14.00

En 2010 se repotenciaron las unidades 2 y 3 de la CH Adolfo López Mateos (Infiernillo) en 80 MW, elevándose la capacidad de la central de 1,000 MW a 1,160 MW.

En su Informe Anual 2018, la CFE menciona un proyecto para modernizar 10 centrales hidroeléctricas (La Boquilla, Colina, Pdte. Plutarco Elías Calles, Gral. Salvador Alvarado, 27 de Septiembre El Fuerte, Camilo Arriaga El Salto, Malpaso, Humaya, Micos y Electroquímica), así como la repotenciación de dos CH (Mocúzari y Oviachic). También reporta la rehabilitación y modernización de las cuatro unidades de la CH Temascal, lo que permitió optimizar su consumo específico de agua y mejorar su disponibilidad y factor de planta, pero no incrementó su potencia.

En 2017 se identificaron en México 101 presas que cuentan con una central de generación eléctrica, tanto de CFE como privadas, de las cuales 54 tienen más de 50 años de operación, 43 de ellas con capacidad menor a 30 MW. También existen 27 centrales con menos de 50 años de operación y capacidad menor a 30 MW. En todas estas centrales antiguas se podría estudiar la factibilidad de su repotenciación.

Además de la repotenciación, otra posibilidad para incrementar la producción de hidroelectricidad sin construir presas nuevas es mediante la instalación de equipo hidroeléctrico en estructuras hidráulicas que originalmente no se concibieron para la generación de energía eléctrica, tales como presas para control de avenidas, irrigación o suministro de agua potable; canales de riego; acueductos, etc., respetando los actuales usos del agua en dichas estructuras. Existen 4,903 estructuras de este tipo en nuestro país, de las cuales 2,917 son susceptibles de generación hidroeléctrica, muchas de ellas mediante pequeñas centrales hidroeléctricas.

En la propuesta de Presupuesto de Egresos de la Federación 2019, la CFE tiene proyectado un presupuesto de 30.15 mdp para la rehabilitación de la central hidroeléctrica Temascal. La idea del actual Gobierno consiste en repotenciar plantas que estaban a punto de salir de circulación, lo que resultará en repotenciar las plantas hidroeléctricas del país y rescatar a otras como las termoeléctricas.

Por su parte, el INEEL tiene una larga experiencia en la realización de proyectos relacionados con la rehabilitación, modernización y repotenciación de centrales hidroeléctricas, entre los que se encuentran:

 Modernización de centrales hidroeléctricas mediante el desarrollo del proyecto: "Secuenciador de arranque y paro de plantas hidroeléctricas", el cual culminó exitosamente con el desarrollo del equipo denominado Controlador Programable de Secuencias (COSEX).
 "Rehabilitación de 230 terminales eléctricas del Generador de la Unidad 2 de la central hidroeléctrica Ing. Carlos Ramírez Ulloa".
 "Evaluación de alternativas para la repotenciación del sistema hidroeléctrico de Necaxa".
 También, junto con el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, el Instituto de Ingeniería de la UNAM y otras instituciones, se continúa impulsando el desarrollo de la hidroelectricidad, ya sea mediante la repotenciación de las centrales existentes o promoviendo el aprovechamiento del potencial hidroeléctrico a pequeña escala, todo en un marco de desarrollo sustentable.

A nivel mundial, en este tiempo de coyuntura ambiental se considera que la repotenciación de centrales hidroeléctricas es una de las mejores oportunidades que existen para incrementar la generación de electricidad limpia, lo que ayuda a nuestro medio ambiente, pues además de obtener más energía renovable para nuestra economía sin construir una sola presa nueva, también contribuye al desarrollo de las fuentes de energía intermitente, como la eólica y la solar.

Autores:
Armando Moreno Almaraz, amoreno@ineel.mx
Samuel Salinas Sánchez, ssalinas@ineel.mx
Revisión:
José Manuel Franco Nava, jmfranco@ineel.mx