PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS

DIMENSIONAMIENTO DE
PEQUEÑAS CENTRALES
HIDROELECTRICAS
Prof: Ramiro Ortiz Flórez (PhD)
Laboratorio de Pequeñas Centrales
Hidroeléctricas
Escuela de Ingeniería Eléctrica y
Electrónica - EIEE
ramiro.ortiz@correounivalle.edu.co;
pamupo@univalle.edu.co
Agenda
1.
2.
3.
4.
5.
Importancia de PCH s..
Limitantes de las PCH s.
Tipos de PCH s.
Evaluación Hidroenergética.
Dimensionamiento.
Importancia de las Centrales
Hidroeléctricas CHE s.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Solución de problemas de costos crecientes y
dificultades en el abastecimiento de
combustible.
Tecnologías de fácil adaptación.
Reducido costo de operación.
Reducido costo y simplicidad de mantenimiento.
Larga vida útil.
Impacto ambiental reducido.
Reducción de emisiones de efecto invernadero.
Puede compatibilizarse el uso del agua para
otros fines mejorando el esquema de
inversiones.
Limitantes de las CHE s
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Requieren de elevadas inversiones unitarias por Kilovatio
instalado.
Estudios costosos en relación a la inversión total.
Aplicación condicionada a la disponibilidad de recursos
hidroenergeticos, generalmente retirados de los puntos
de demanda.
La producción de energía es afectada por condiciones
metereológicas estacionales.
Es necesario resolver eventuales contradicciones en las
prioridades del uso del agua.
Su continuidad operativa depende de las características
tecnológicas de las instalaciones, de una adecuada base
económica productiva para el aprovechamiento de la
energía generada y de adecuados esquemas
institucionales para la administración, operación y
mantenimiento.
TIPOS DE PCH s
PCH Aislada
PCH
T
P
E
PCH
T día
D max
T
P
E
D max
T día
PCH
Interconectada
E
PCH
Máx
Perfil de la demanda
kW 90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Residencial
Demanda Industrial
Servicios públicos
Horas
Proyección de la demanda
kW 180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
Residencial
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Industrial
Servicios públicos
Años
Evaluación Hidroenergética
1.
2.
3.
Evaluación del potencial
hidroenergético.
Radio de transmisión de energía.
Evaluación energética del recurso.
Evaluación del potencial
hidroenergético
P





PCH
9.81* Q * H
Hidrología
Cartografía y Topografía
Geología y Geomorfología
Impacto Ambiental
Socio - económico
Perfil Hidroenergético del Área de la
Cuenca
2500
2000
1500
1000
500
0
0
20
40
Q (m3/s)
60
80
100 120 140 160 180 200 220
H (m)
P (MW)
L (Km)
400
7
350
6
a (MW/Km2)
i (MW/Km)
Indicadores Energéticos
300
250
200
150
5
4
3
100
2
50
1
0
0
30
60
90
120 150 180 210
0
0
30
60
90
120 150 180 210
L (KM)
L (Km)
PCH Aislada
PCH
T
P
E
PCH
T día
PCH Interconectada
D max
T
P
E
D max
T día
E
PCH
Máx
Radio de transmisión de energía
Evaluación energética del
recurso.
Histograma Q = f(t)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Curva de frecuencias Q= f(%)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Curva de probabilidades Q = f(%)
90
16
80
15
70
14
60
13
12
50
11
10
40
0%
10%
20%
20%
25%
30%
30
20
10
0
0%
5%
10%
15%
30%
40%
Potencia y Energía
Información básica
Nivel
máximo
msnm
Nivel mínimo
msnm
Altura
H (m)
1063,7
990,0
73,65
Pérdidas por Eficiencia
Pérdidas
altura
de los
totales
(10 %)
equipos
0,90
0,80
0,72
Energía
90
80
70
60
50
40
30
20
Energía firme
10
Energía adicional
0
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Factor de carga
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Factor de carga en función del
caudal
Factor de carga en función de
la potencia
100%
100%
90%
90%
80%
80%
70%
70%
60%
60%
50%
50%
40%
40%
30%
30%
20%
20%
10%
10%
0%
0%
0
50
100
0
10
20
30
40
50
Inversión
Información básica
U$A/kW inst
(2000 $/U$A)
1500
$/kWh
Vida útil (años)
100
20
Costos por potencia
Potencia e inversión en función del caudal
140
120
100
80
60
40
20
0
0
20
Potencia (MW)
40
60
80
Inversión (Miles de Millones $)
100
Ingresos anuales y
amortización en función del
caudal
Inversión, ingresos anuales y
amortización en función del
caudal
140
14
120
12
100
10
80
8
60
6
40
4
20
2
0
0
0
20
40
60
80
Inversión (Miles de Millones $)
Ingresos (Miles de Millones $*año)
100
0
20
40
60
80
100
Ingresos (Miles de Millones $*año)
Amortizacion (años)
Inversión, ingresos anuales y
amortizacion en función de la
potencia (MW)
Ingresos anuales y amortización
en función de la
potencia (MW)
140
14
120
12
100
10
80
8
60
6
40
4
20
2
0
0
0
10
20
30
40
Inversión (Miles de Millones $)
Ingresos (Miles de Millones $*año)
50
0
10
20
30
40
Ingresos (Miles de Millones $*año)
Amortizacion (años)
50
Relación entre la venta energía
durante 20 años y la Inversión
en función de la potencia
Relación entre la venta energía
durante 20 años y la Inversión
en función del caudal
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
Proyectos
Venta energía
Amortización Factor de
durante 20 años/
(años)
carga
Inversión
Energía
firme
Q prom
mes
H (m)
Potencia
(MW)
2,78%
64,60
73,65
33,61
10,2
0,34
2,0
15,28%
39,56
73,65
20,58
6,6
0,52
3,0
60,42%
15,00
73,65
7,80
3,9
0,89
5,2
77,78%
13,09
73,65
6,81
3,7
0,93
5,4
Costos por potencia
Dimensionamiento.
PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA EN
DERIVACION
PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
EN DERIVACION
Estructuras Hidráulicas
Captación Tipo Tirol
Captación Lateral
Conducción Abierta
Vertederos y Compuertas
Viaductos y Sifones
Conducción Cerrada
Desarenador
Tanque de Carga y Desarenador
Conducción a Presión
Válvula esférica y disco
Equipos Electromecánicos Hidrogrupo
Hidro-grupo de eje vertical
Ventajas:
 Posibilidad de colocar el generador
en un nivel superior al de las aguas
turbinadas.
Inconvenientes:
 Transmisión mecánica para acople
con el generador.
 Cojinete adicional para las cargas
verticales.
Hidrogrupo de eje horizontal
Ventajas
 Cojinetes normales.
 Transmisión directa por acoplamiento a
ejes horizontales.
 inspección fácil.
Inconvenientes
 Cimentaciones de mayor extensión
superficial.
 Pérdidas de carga en el codo del tubo
difusor.
Número de Unidades
1.


1.
2.
Eficiencia:
Oscilación en la demanda de
energía (Dmáx y Dmin).
Oscilación del Caudal (Qmáx y
Qmin).
Estabilidad a las oscilación en la
demanda de energía eléctrica.
Estabilidad al golpe de ariete.
Número de Unidades





Costo unitario del grupo.
Fabricación seriada.
Transporte.
Montaje.
Equipo tropicalizado.
Turbinas Hidráulicas
Generador Eléctrico
Asíncrono
 Entrega solo
Potencia activa.
 Menor costo por
unidad de potencia.
 No requiere
sincronoscopio.
 Más estable al CC
Sincrónico
 Entrega Potencia
activa y reactiva.
 Mayor costo por
unidad de potencia.
 Requiere
sincronoscopio.
Motores asíncronos como
generadores y bombas como
turbinas.
MUCHAS GRACIAS
POR SU ATENCION
Prof: Ramiro Ortiz Flórez (PhD)
ramiro.ortiz@correounivalle.edu.co;
pamupo@univalle.edu.co