GUÍA PARA DETERMINAR LA FACTIBILIDAD TÉCNICA
Y ECONÓMICA DE PROYECTOS DE PEQUEÑAS
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
DOCUMENTO PREPARADO PARA
CAPACITACIÓN DE PERSONAL TÉCNICO
DE ANDA
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS
Presenta: Ing Axel Söderberg S.
San Salvador, Octubre de 2012
Actualmente El Salvador se encuentra con gran vulnerabilidad de
sus tarifas de electricidad respecto al precio del petróleo. Más del
50% de la energía eléctrica que consumimos anualmente proviene
de derivados del petróleo mientras que en Costa Rica es el 5%.
También en El Salvador fue del 2% en 1980. Ver ECA Ene-Feb
2002. Esta composición implica tarifas de energía eléctrica altas.
En esas circunstancias y conociendo la conveniencia de explotar
los fuentes renovables de energía (FRE), y sabiendo que en el
país hay recursos renovables no explotados, debemos esforzarnos
por desarrollar proyectos de generación utilizando estos
recursos. (Geotérmicos, PCH´s, Eólicos, Solares, Biomasa). Con
esta presentación se pretende hacer ver que aún proyectos con
PCH´s de muy pequeña potencia, pueden ser factibles tanto
técnica como económicamente. Con este propósito se presentan
datos tomado del Plan Maestro para el desarrollo de las energías
renovables en El Salvador preparados por JICA (2012).
INCREMENTOS DIAGNOSTICADOS PARA EL PERÍODO 2011 A 2016
Petróleo
Bunker
Diesel
Carbón
GNL
AÑO
$/Barril
$/Barril
$/Barril
$/tm
$/m3
2011
83.9
83.88
111.19
163.5
0.2
2026
120.1
111.57
136.11
173.3
0.25
TOTAL
43.15%
33.01%
22.41%
5.99%
25.00%
Comentario: Si a futuro continuamos en El Salvador
con una dependencia del 50% de los derivados del
petróleo para la generación de energía, o peor aún, si
incrementamos esa dependencia, !LA QUE NOS
ESPERA!
Para contribuir a cambiar la matriz energética, el Plan
Maestro antes mencionado contempla el siguiente PI
TABLA 3 PLAN INDICATIVO DE DESARROLLO 2012-2026
FASE
Existentes
MW
Fase 1 MW
Fase 2 MW
(2012-2016)
(2017-2021)
(2022-2026)
Total MW
35
103.9
33.5
25.3
162.7
-
10
20
30
60
0.5
18
21
51
90
-
60
80
60
200
Geotérmica
204.4
5 a9
55 a 80
-
60 a 89
Biomasa
109.5
45
-
6.3
10
-
Tipo de Energía
Pequeñas Centrales
Hidroeléctricas (Hasta
20 MW)
Eólica
Solar Fotovoltaica
Solar Térmica
Biogás
Fase 3 MW Fase 1 a Fase 3
-
45
25
35
Los 162.7 MW podrían ser desarrollados tomando
como base la “Lista Posibles Sitios Para Pequeñas
Centrales Hidroeléctricas” que fueron estudiados por
JICA en la elaboración del Plan Maestro
Proyectos PCH´s El Salvador_CNE_2012.PDF
LISTADO DE PROYECTOS DE PCH´s TOMADOS
DEL PLAN MAESTRO (Tabla S7)
Se puede concluir que en El Salvador hay sitios en los
que es posible técnicamente desarrollar proyectos de
PCH´s. Lo que habrá que determinar es si además esos
proyectos tienen Factibilidad Económica para ser
desarrollados.
METODO DE LA TASA INTERNA DE RETORNO
(TIR) APLICADO A LA EVALUACIÓN ECONOMICA DE PROYECTOS DE HIDRO GENERACIÓN
EVALUACION CON Proy. Generación Energía
Elect.doc
La aplicación del método de evaluación a los proyectos
técnicamente factibles vista con anterioridad dió los
siguientes resultados:
Proyectos PCH´s El Salvador_CNE_2012B.PDF
LISTADO DE INDICES ECONÓMICOS DE PROYECTOS
DE PCH´s TOMADOS DEL PLAN MAESTRO (Tabla S7)
METODOS PARA DETERMINAR LA FACTIBILIDAD TÉCNICA DE UN PROYECTO HIDROELÉCTRICO (PCH)
El punto de partida es conocer las componentes de un
Proyecto de esta naturaleza, los cuales normalmente
constan de los elementos siguientes:
COMPONENTES DE UNA PCH
El interés en estudiar la posibilidad de construir un
proyecto hidroeléctrico de una PCH se inicia por el
conocimiento que se tenga de un río que mantiene un
caudal en la estación seca y que es posible desviarlo para
conducirlo a nivel por una de las riveras, y de esa manera
ganar una caída en el punto en que se estime conveniente
construir una Cámara de Carga y aprovechar el desnivel
logrado.
Mencionaré las dos etapas usuales qué hay que realizar
en aquellos sitios en que se desea conocer si es posible
construir un proyecto hidroeléctrico: 1) Estudio Preliminar y 2) Estudio de Prefactibilidad.
EL ESTUDIO PRELIMINAR consiste en utilizar hojas
cartográficas de la zona en la escala más grande posible
(Ideal 1:5000), para hacer una primera estimación de la
caída bruta del sitio, visitar el lugar al final del época
seca, para confirmar con un aparato de posicionamiento
geográfico la caída bruta, efectuar mediciones de caudal
en el sitio utilizando un molinete adecuado; y tomar
algunas medidas si fuera posible para estimar el ancho y
alto del dique que se requerirá para construir el proyecto. En esta visita hay que verificar 1)el tipo de suelo,
especialmente en el lugar probable de construcción del
Dique; 2)los accesos; 3)asentamientos humanos que
pudieran afectarse; 4)la existencia o no del tomas de
agua en el tramo del río que se desviará de su cauce
natural.
Una vez reunidos los datos requeridos para el estudio
preliminar, se puede hacer una primera estimación de:
1. Caudal de Diseño del proyecto
2. Caída neta
El caudal de diseño se logra establecer en forma
preliminar, contrastando el caudal medido con la
respuesta de personas que viven en la zona, acerca del
caudal mínimo que suele mantener el río en la época
seca. Si la información es que el río suele mantener ese
caudal hasta el comienzo de la estación lluviosa, puede
considerarse preliminarmente como caudal de diseño,
un caudal igual a tres veces el caudal medido. Si ese
caudal preliminar de diseño llena nuestras expectativas,
puede hacerse un estimado también preliminar de la
potencia obtenible y de la generación de energía anual.
La base para la estimación del caudal de diseño como
se propone, son el resultado de la experiencia acumulada haciendo análisis de sitios posibles para construir
PCH´s, tanto en El Salvador como en Guatemala.
Presento algunas fotografías de visitas realizadas por
mi persona a 2 sitios probables en Guatemala: San
Isidro (Cobán) y Teculután (Zacapa).
S
A
N
I
S
I
D
R
o
S
A
N
I
S
I
D
R
O
S
A
N
I
S
I
D
R
O
S
A
N
I
S
I
D
R
O
T
E
C
U
L
U
T
Á
N
1.07
A
F
O
R
O
C
A
U
D
A
L
1.10
1.08
1.08
1.08
1.08
1.08
A1
A2
A3
A4
A5
A6
1.34
1.04
1.01
1.30
1.37
S
A
N
1.57
Formula para calcular Caudal
v = 0.2221 n + 0.021
para n <= 0.64
v = 0.2488 n + 0.004
para n <= 0.65
n = U/t
U = revoluciones
t = tiempo
Ancho
Profundidades
1.1
1.08
1.08
1.08
1.08
1.08
1.34
1.37
1.57
1.3
1.04
1.01
1.205
1.355
1.47
1.435
1.17
1.025
1.07
Profun. Prom
Area m2
A1
A2
A3
A4
A5
A6
1.33
1.46
1.59
1.55
1.26
1.11
Total
8.30
Revoluciones
21
17
26
13
3
1
0.35
0.28
0.43
0.22
0.05
0.02
velocidad (m/s)
0.099
0.084
0.117
0.069
0.032
0.025
Caudal (m3/s)
0.131
0.123
0.186
0.107
0.041
0.027
tiempo (seg)
60
n
Caudal Total (m3/s)
0.615
I
S
I
D
R
O
Aforo del caudal en el sitio deL Proyecto TECULUTÁN
Aforo Río Teculután 16/6/2007
Dist 1
Altura 1
Dist 2
Altura 2
Vel 1
Vel 2
Vel Prom
Area
Caudal
mts
mts
mts
mts
mts
mts
mts/seg
mt2
m3/seg
0
0
2
0.23
0.4
0.36
0.380
0.23
0.0874
2
0.23
4
0.48
0.72
0.65
0.685
0.71
0.4864
4
0.48
6
0.58
0.6
0.92
0.760
1.06
0.8056
6
0.58
8
0.39
0.67
0.8
0.735
0.97
0.7130
8
0.39
10
0.68
0.61
0.67
0.640
1.07
0.6848
10
0.68
12
0.58
0.44
0.52
0.480
1.26
0.6048
12
0.58
14
0.69
0.56
0.61
0.585
1.27
0.7430
14
0.69
16
0.58
0.19
0.24
0.215
1.27
0.2731
16
0.58
18
0.28
0.29
0.28
0.285
0.86
0.2451
18
0.28
20
0.08
0.18
0.13
0.155
0.36
0.0558
TOTAL CAUDAL M3/SEG
Caída mts
600
4.6988
Ubicación:
Grados
Min
N
15
41.73
W
88
52.67
Seg
El resultado de la visita al sitio SAN ISIDRO fue
estimar un caudal preliminar de diseño de 0.615 metros
cúbicos por segundo, muy inferior al esperado de 2.50
metros cúbicos por segundo. No se continuaron los
estudios porque el caudal preliminar fue muy bajo.
El resultado de la visita al sitio TECULUTÁN fue muy
alentadora porque se estimó preliminarmente un caudal
de diseño de 4.7 metros cúbicos por segundo, una
caída bruta de 600 metros, una potencia de 22,230
Kw, y una generación anual de 107,110,000 Kwh. Se
decidió continuar con los estudios de Prefactibilidad.
La potencia y la energía preliminar se calculan con las
siguientes fórmulas:
GENERACION PRELIMINAR SEGÚN EL CAUDAL
DE DISEÑO Y LA ALTURA NETA
Caudal
Hneta
Potencia
Energía
m3/seg
mts
Kw
Gwh
4.3
600
22,230
107.11
El caudal medido se tomó como caudal de diseño
debido a la época del año en que se hizo la medición
Pot Kw= 1000* Q* H*nturb*ngen
(76*1.34)
Energía GWH =
Pot kw*ntranf*8,760*FP/(1,000,000)
La nturb, ngen, ntranf y el FP se supusieron de 0.90, 0.975, 0.98 y 0.55
respectivamente
EL CONCEPTO DE FACTOR DE PLANTA
Se refiere a la cantidad de horas equivalentes al año
que un equipo de generación instalado trabaja a plena
carga.
Ese factor depende en una hidroeléctrica a Filo de
Agua, de los caudales turbinables a lo largo de los 365
días al año. Un río en una zona con un acumulado
anual de precipitación alta llega a tener un FP del
orden de 0.8. Lo usual son valores del orden de 0.6
para años húmedos y 0.5 para años secos.
Los ingenieros decimos que depende de la curva de
duración del río en el sitio del proyecto.
El Plan Maestro muestra curvas de duración del caudal
que suelen tener los ríos en los distintos Departamentos. Ver Plan maestro CNE 2012 (Pag 25 en adelante).
Plan Maestro CNE_2012.pdf
Fijar preliminarmente de esta manera el Factor de
Planta implica que el equipo Turbina-Generador
generará en el año únicamente un porcentaje igual al
FP de la energía que generaría si funcionara a plena
carga todo el año.
FACTOR DE PLANTA = (ENERGÍA GENERADA AÑO) kwh
POTKw x 8760
Algunos Factores de Planta de Hidroeléctricas de
El Salvador
HIDROELÉCTRICAS DE CEL
NOMBRE CENTRAL
MW
GWH Año FACTOR DE PLANTA
GUAJOYO
19.7
64.2
37.2%
15 DE SEPTIEMBRE
180.18
605.2
38.3%
CERRON GRANDE
170
488
32.8%
HIDROELÉCTRICAS PRIVADAS
NOMBRE CENTRAL
MW
NAHUIZALCO I
3.0
16
60.9%
CUCUMACAYÁN
2
10.5
59.9%
0.7
5.5
89.7%
LA CALERA
GWH Año
FACTOR DE PLANTA
Hasta acá hemos recorrido los pasos a seguir para
realizar los estudios preliminares para determinar si es
posible construir una Pequeña Central Hidroeléctrica en
un sitio que creemos que tiene potencial.
Una vez confirmado con los estudios preliminares que
el sitio tiene potencial, habrá que seguir con los estudios
de Prefactibilidad. Este es el segundo de los procesos
que mencioné al principio y completarlo tiene costos
importantes. Con la Prefactibilidad se tendrá mucho
más certeza de si el proyecto tiene viabilidad económica
y si la tasa de retorno de la inversión que hay que
realizar es atractiva.
Realizar los estudios de Prefactibilidad implica:
1. Realizar estudios topográficos para disponer de
planos con curvas e nivel en la escala adecuada
2. Realizar trazos para ubicar las componentes del
proyecto, incluyendo accesos y línea eléctrica de
interconexión.
3. Determinar qué terrenos habrá que adquirir ya sea
en propiedad u obtener servidumbre de paso
4. Realizar estudios Geológicos
5. Estimar posibles impactos ambientales y sociales
6. Determinar preliminarmente el monto de la
inversión de acuerdo a las diferentes alternativas
si las hubiere.
7. Obtener índices financieros iniciales
En esta etapa es indispensable acudir a una empresa
consultora para la realización de los estudios que
implica.
Voy a mostrar archivos fuera de la presentación
para ilustrar lo que implica un estudio de
prefactibilidad.
Una vez concluidos los estudios de Prefactibilidad y si
se encuentra que son satisfactorios, el paso siguiente
es efectuar los Estudios de Impacto Ambiental
requeridos y la Factibilidad Técnica y Económica del
proyecto, con lo cual ya se puede solicitar la concesión
del potencial hidroeléctrico del sitio. Para la
preparación de ambos documentos debe acudirse a
consultores de confianza del grupo promotor.
Algunas empresas inician la adquisición de terrenos
una vez completada la Prefactibilidad con resultados
satisfactorios.
Paralelamente a la preparación de los documentos de
Factibilidad, se debe tratar con precisión el tema del
financiamiento del Proyecto.
Si se completan con éxito las etapas anteriores, el
proceso que sigue es que el grupo promotor o entidad
promotora inicie las obras.
SELECCIÓN DE EQUIPOS PARA LOS PROYECTOS HIDROELÉCTRICOS
La selección de la maquinaria hidráulica, el tipo de
generador y el número de unidades a instalar es un
tema muy importante en la concepción de un proyecto hidroeléctrico.
La primera decisión a tomar es si se instalará una,
dos o tres unidades. En las PCH´s actualmente
trabajando en El Salvador y en el resto de Centro
América existen instalaciones con las tres variantes.
¿Qué es lo más conveniente?
En cuanto al tipo de maquinaria hidráulica para los
sitios ya identificados en el Plan Maestro antes
mencionado, las condiciones topográficas de El
Salvador requieren básicamente de 3 tipos de turbinas
hidráulicas: Francis, Pelton y Banki.
Las turbinas Francis ya están siendo parcialmente
construidas en algunos países centroamericanos
(Guatemala y Costa Rica). Una alternativa ventajosa
en algunos sitios con circunstancias particulares es
utilizar Bombas Centrífugas invertidas como turbinas.
Para comprender esta opción tecnológica explicaré
auxiliándome de algunas animaciones que muestran:
1. Partes de que consta una turbina Francis
2. Animación que muestra el flujo del agua en
Turbinas Francis
3. Animación que muestra una bomba centrífuga
acoplada a un motor de inducción funcionando
tanto como bomba como como motor.
TURBINA FRANCIS
D
I
S
T
R
I
B
U
I
D
O
R
TURBINA FRANCIS
A
L
A
B
E
S
F
I
J
O
S
TURBINA FRANCIS
F
L
U
J
O
D
E
L
A
G
U
A
BOMBAS CENTRIFUGAS OPERANDO COMO TURBINAS
Las bombas centrífugas son, al igual que las turbinas, máquinas hidráulicas con un mismo principio de funcionamiento. Las diferencias
en el diseño de unas y otras obedecen a las particularidades del
funcionamiento. Así, mientras las turbinas se diseñan con álabes
móviles para ajustar el caudal de entrada de acuerdo a la potencia
que se desea obtener de ellas, las bombas centrífugas no se diseñan
con ningún dispositivo regulador.
La necesidad de ese dispositivo en las máquinas hidráulicas se comprende estudiando las condiciones que debe cumplir una turbo máquina hidráulica para trabajar con máxima eficiencia; y más específicamente analizando el comportamiento de los triángulos de velocidad del agua a la entrada del dispositivo convertidor de energía
(Rodete para las turbinas e impulsor para las bombas centrífugas).
TIPOS DE BOMBAS APROPIADAS
Bombas tipo Monoblock
Bombas tipo Pedestal (Bomba acoplada directamente a
un motor).
Bombas centrífugas tipo turbina vertical multietapas
Bombas Multietapas Horizontal
RANGO PARA LA UTILIZACION DE BOMBAS COMO TURBINAS
Relaciones Carga vrs Caudales
Carga de agua (mts)
600
500
400
Zona 2 polos
3,550 rpm
300
200
Zona de 4 polos
1,750 rpm
100
0
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Caudales (Lts/seg)
2 polos
4 polos
A continuación se presenta una animación que ilustra
el funcionamiento de una bomba centrífuga trabajando invertida como turbina.
pumps_as_turbine_3d_tour.exe
CONCLUSION:
Es posible encontrar sitios en El Salvador para los cuales las
condiciones de Carga Neta, Caudal e Hidrología (disponibilidad
de agua en todo el año) hagan posible su utilización para generar
electricidad. La potencia requerida para que el proyecto sea
rentable es posible reducirla considerablemente, habiendo
ejemplos muy numerosos en todo el mundo de explotaciones
rentables de muy poca potencia (Micro-generación de
electricidad).
HACER ALGÚN EJERCICIO PARA ENCONTRAR LAS CARACTERÍSTICAS REQUERIDAS DE UNA TURBINA PARA UN CASO
PARTICULAR
! FIN DE LA PRESENTACION!
MUCHAS GRACIAS POR HABER DEDICADO
TODO ESTE TIEMPO A APRENDER JUNTOS
Descargar

Training