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© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Curso de Análisis de Proyectos de Energía LimpiaCurso de Análisis de Proyectos de Energía Limpia

Crédito Fotográfico: SNC-Lavalin

Análisis de Proyectos de Análisis de Proyectos de Pequeñas HidrosPequeñas Hidros

Proyecto de Pequeña Hidro de Pasada, Canadá

ObjetivosObjetivos

• Revisar los fundamentos deRevisar los fundamentos delos sistemas de Pequeñas Hidroslos sistemas de Pequeñas Hidros

• Ilustrar las consideraciones claveIlustrar las consideraciones clavepara el análisis de proyectos de para el análisis de proyectos de Pequeñas HidrosPequeñas Hidros

• Introducir el Modelo de Proyecto de Pequeñas Introducir el Modelo de Proyecto de Pequeñas Hidros RETScreenHidros RETScreen®®


• Electricidad paraElectricidad para Redes Eléctricas

Interconectadas

Redes Eléctricas Aisladas

Suministros eléctricos remotos

…pero también…

Confiabilidad

Muy bajos costos operativos

Reducción de la exposición a la volatilidad del precio de la energía

¿Qué ofrecen los sistemas de ¿Qué ofrecen los sistemas de pequeñas hidros?pequeñas hidros?

Crédito Fotográfico: Robin Hughes/ PNS



Descripción de un Sistema de Descripción de un Sistema de Pequeña HidroPequeña Hidro

Caudal (m3/s)

Altura deCarga (m)

Potencia en kW ≈ 7 x Altura de Carga x Caudal

Represa y

Aliviadero

Embalse/Desarenador

Rejilla de Bloqueode Basura

Conexión a la Red Eléctrica

Turbina

Generador

Tubería de Presión

Casa de Máquinas

Canal de Descarga

Tubo de Succión

ControlesEléctricos Patio de Llaves

• ““Pequeña” no está universalmente definidaPequeña” no está universalmente definida

El tamaño del proyecto está relacionado no solo con la capacidad de generación eléctrica sino también a si se cuenta con ya sea alta o baja altura de carga

Proyectos de “Pequeñas” Proyectos de “Pequeñas” HidroHidro

> 0,8 m> 12,8 m3/s1 a 50 MWPequeña

0,3 to 0,8 m0,4 a 12,8 m3/s100 a 1.000 kWMini

< 0,3 m< 0,4 m3/s< 100 kWMicro

Diámetro de Rueda RETScreen®

Caudal

RETScreen®

PotenciaTípica


Tipos de Proyectos de Pequeñas Tipos de Proyectos de Pequeñas HidroHidro

• Tipo de redTipo de red Red interconectada

Red aislada o sin red

• Tipo de obras civilesTipo de obras civiles De pasada

Sin almacenamiento de agua

La potencia varía con caudal disponible del río: menor capacidad firme

Reservorio Mayor capacidad firme todo el año

Usualmente requiere represamiento significativo

Crédito Fotográfico: Frontier Technology/Low Impact Hydropower Institute

Crédito Fotográfico: PG&E National Energy Group/Low Impact Hydropower Institute

Proyecto Hidro de Pasada de 17,6 MW, Massachusetts, USA


Proyecto Hidro de Pasada de 4,3 MW, Oregón, EE.UU.

Componentes: Obras CivilesComponentes: Obras Civiles

• Típicamente alcanzan el 60% de los costos de inversión de la Típicamente alcanzan el 60% de los costos de inversión de la plantaplanta

• Represa o dique de desviaciónRepresa o dique de desviación Represa baja de construcción simple para central de pasada

Concreto, madera, albañilería

Sólo el costo de la represa puede hacer el proyectoinviable

• Conducción de aguaConducción de agua Toma con rejilla de bloqueo de basura y compuerta;

canal de descarga a la salida

Canal excavado, túnel subterráneo y/o tubería de presión

Válvulas/compuertas a la entrada/salida de la turbina,para mantenimiento

• Casa de máquinasCasa de máquinas Aloja la turbina, y equipos mecánicos y eléctricos

Crédito Fotográfico: Ottawa Engineering


Componentes: TurbinaComponentes: Turbina

• Versiones en pequeña escala de grandes Versiones en pequeña escala de grandes turbinas hidráulicasturbinas hidráulicas

• Eficiencia del 90% posibleEficiencia del 90% posible

• En centrales de pasada, los caudales son En centrales de pasada, los caudales son muy variablesmuy variables La turbina debe funcionar muy por encima de un rango

de caudales o se debe usar turbinas múltiples

• Reacción: Francis, hélice de paso fijo, Reacción: Francis, hélice de paso fijo,

KaplanKaplan Para aplicaciones de baja y media altura de carga

Turbinas sumergidas utilizan presión de agua y energía cinética

• Impulso: Pelton, Turgo, flujo tranversalImpulso: Pelton, Turgo, flujo tranversal Para aplicaciones de alta altura de carga (caída)

Utiliza la energía cinética de un chorro de agua de alta velocidad

Turbina Francis

Crédito Fotográfico:PO Sjöman Hydrotech Consulting

Crédito Fotográfico:PO Sjöman Hydrotech Consulting

Turbina Pelton


Componentes:Componentes:Equipos Eléctricos y OtrosEquipos Eléctricos y Otros

• GeneradorGenerador Inducción

Debe estar enlazado con otros generadores

Uso para suministrar electricidad a una gran red

Síncrono

Puede funcionar de forma aislada de otros generadores

Para aplicaciones autónomas y redes aisladas

• Otros equiposOtros equipos Variador de velocidad para igualar a la turbina con el

generador

Válvulas, controles electrónicos, dispositivos de protección

Transformador


• Más lluvia cae sobre los continentes que los que se evapora Más lluvia cae sobre los continentes que los que se evapora de ellosde ellos

• Para equilibrar, la lluvia debe fluir hacia los océanos en ríosPara equilibrar, la lluvia debe fluir hacia los océanos en ríos

19200Australasia

451.070Europa

9350América Central

113.190Sudamérica

55970Norte América

63.830Ex Unión Soviética

61.920China

82.280Sur de Asia y Medio Oriente

31.150Africa

% Desarrollado

Potencial Técnico(TWh/año)

Fuente: Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island Press.


Recursos Hidráulicos en el Recursos Hidráulicos en el MundoMundo

Recursos Hidráulicos en el Recursos Hidráulicos en el SitioSitio

• Muy específicos del sitio: ¡se requiere un río explotable!Muy específicos del sitio: ¡se requiere un río explotable! Cambio en la elevación sobre una relativa corta distancia (altura

de carga o caída)

Variación aceptable en el caudal en el tiempo: curva de duración de caudal El caudal residual reduce el disponible para generación eléctrica

Flow-Duration Curve

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Percent Time Flow Equalled or Exceeded (%)

Flo

w (

m³/

s)

• Estimar la curva de Estimar la curva de duración de caudal duración de caudal basándose enbasándose en Medición del caudal

en el tiempo

Tamaño de la cuenca sobre el sitio, escorrentía específica, y perfil de la curva de duración del caudal


Curva de Duración de Caudal

Cau

dal (m

3/s

)

Porcentaje del Tiempo que el Caudal Iguala o Excede (%)

Costos de Sistemas de Costos de Sistemas de Pequeñas HidrosPequeñas Hidros

• 75% de los costos son específicos al sitio75% de los costos son específicos al sitio

• Altos costos inicialesAltos costos iniciales

Pero las obras civiles y equipos pueden durar >50 años

• Muy bajos costos de operación y mantenimientoMuy bajos costos de operación y mantenimiento

Usualmente es suficiente un operador a tiempo parcial

El mantenimiento periódico de los equipos mayores requieren un contratista externo

• Desarrollos de mayores alturas de carga tienden a ser Desarrollos de mayores alturas de carga tienden a ser menos costososmenos costosos

• Rango típico: 1.200 $ a 6.000$ por kW instaladoRango típico: 1.200 $ a 6.000$ por kW instalado

Crédito Fotográfico: Ottawa Engineering


Proyecto de Pequeña HidroProyecto de Pequeña HidroConsideracionesConsideraciones

• Mantener los costos bajos con diseños simples y Mantener los costos bajos con diseños simples y estructuras civiles prácticas y de fácil construcciónestructuras civiles prácticas y de fácil construcción

• Pueden ser usadas represas y obras civiles existentesPueden ser usadas represas y obras civiles existentes

• Tiempo de desarrollo de 2 a 5 añosTiempo de desarrollo de 2 a 5 años

Estudios de recursos y estudios ambientales:aprobaciones

• Cuatro etapas para el trabajo de ingeniería:Cuatro etapas para el trabajo de ingeniería:

Inspección de reconocimiento/estudios hidráulicos

Estudio de pre-factibilidad

Estudio de factibilidad

Planeamiento del sistema e ingeniería del proyectoCrédito Fotográfico: Ottawa

Engineering


Pequeña HidroPequeña HidroConsideraciones AmbientalesConsideraciones Ambientales

• Un desarrollo de una pequeña hidro puede cambiarUn desarrollo de una pequeña hidro puede cambiar Hábitat de peces

Estética del sitio

Usos recreacionales/de navegación

• Requerimientos de evaluación de impactos Requerimientos de evaluación de impactos ambientales dependen del sitio y tipo de proyecto:ambientales dependen del sitio y tipo de proyecto: Planta de pasada en represa existente: relativamente menor

Planta de pasada en sitio no desarrollado: construcción de represa/dique/derivación

Desarrollos de almacenamiento de agua: mayores impactos que crece con la escala del proyecto


Ejemplos: Eslovaquia, Canadá y EE.UU.Ejemplos: Eslovaquia, Canadá y EE.UU.

Sistemas de Pequeñas Hidro Sistemas de Pequeñas Hidro Enlazadas a Redes Enlazadas a Redes InterconectadasInterconectadas

• Proyectos de pasada alimentarán a la red Proyectos de pasada alimentarán a la red cuando se tenga caudal disponiblecuando se tenga caudal disponible

• De propiedad de una empresa de De propiedad de una empresa de servicios públicos o un productor servicios públicos o un productor independiente de electricidad con independiente de electricidad con contratos de largo plazocontratos de largo plazo

Crédito Fotográfico: Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse Crédito Fotográfico: CHI Energy

Crédito Fotográfico: CHI Energy

2 Turbinas 2,3-MW, Jasenie, Eslovaquia Pequeño Desarrollo Hidro, Newfoundland, Canadá

Pequeño Desarrollo Hidro,Sureste, EE.UU.


Ejemplos: EE.UU. y ChinaEjemplos: EE.UU. y China Sistemas de Pequeñas Hidros Sistemas de Pequeñas Hidros Aisladas de RedesAisladas de Redes

• Comunidades remotasComunidades remotas

• Residencias remotasResidencias remotase industriae industria

Crédito Fotográfico: Duane Hippe/ NREL Pix

Crédito Fotográfico: International Network on Small Hydro Power

Generadoras de Pequeña Hidro, China

Sistema de Pequeña Hidro King Cove 800 kW,Pueblo de 700 Personas

• Se paga precios más altos Se paga precios más altos por la electricidadpor la electricidad

• Los proyectos de pasada Los proyectos de pasada típicamente requieren típicamente requieren capacidad suplementaria y capacidad suplementaria y podrían tener caudales en podrían tener caudales en exceso de la demandaexceso de la demanda


Modelo de Proyecto de Modelo de Proyecto de Pequeña Hidro RETScreenPequeña Hidro RETScreen®®

• Análisis de producción de energía de todo el mundo, de costos de ciclo Análisis de producción de energía de todo el mundo, de costos de ciclo de vida y de reducciones de emisiones de gases de efecto invernaderode vida y de reducciones de emisiones de gases de efecto invernadero

Con red interconectada, red aislada y sin red

Micro hidro con simple turbina a pequeñahidro multi-turbina

Método de costeo por “Formula”

• Actualmente no cubre:Actualmente no cubre:

Variaciones estacionales en cargas deredes aisladas

Variaciones en altura de carga en proyectos de almacenamiento(el usuario debe suministrar valorpromedio)



Cálculo de Energía de Pequeñas Cálculo de Energía de Pequeñas HidrosHidros RETScreen RETScreen®®

Ver el e-Libro

Análisis de Proyectos de Energía Limpia: RETScreen®

Ingeniería y Casos

Capítulo de Análisis de Proyectos de Pequeñas Hidros

Curva de duración de

caudal

Cálculo de la curva de

eficiencia de la turbina

Cálculo de la capacidad de

la planta

Cálculo de la curva de Duración-potencia

Cálculo de la energía

renovable disponible

Curva de duración de

carga


renovable entregada

(redes aisladas o sin red)


renovable entregada (red interconectada)

Ejemplo de Validación del Modelo Ejemplo de Validación del Modelo de Proyecto de Pequeña Hidro de Proyecto de Pequeña Hidro RETScreenRETScreen®®

• Eficiencia de la TurbinaEficiencia de la Turbina Comparado con los

datos del fabricante para una turbina Francis de 7 MW GEC Alsthom

• Capacidad de planta y Capacidad de planta y salidasalida Comparado con HydrA

para un sitio en Escocia

Todos los resultados dentro del 6,5%

• Método de costeo por fórmulaMétodo de costeo por fórmula Comparado con RETScreen®, dentro del 11% de un estimada

detallado de costos para un proyecto de 6 MW en Newfoundland

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%Percent of Rated Flow

Eff

icie

ncy

(%

)

Turbine Efficiency Curves: RETScreen vs. Manufacturer

RETScreenManufacturer


Efi

cie

ncia

(%

)

Porcentaje del Caudal Nominal

Curvas de Eficiencia de Turbina: RETScreen vs. Fabricante

FabricanteRETScreen

ConclusionesConclusiones

• Los proyectos de pequeñas hidros (hasta 50 MW) pueden Los proyectos de pequeñas hidros (hasta 50 MW) pueden proporcionar electricidad para redes interconectadas o aisladas proporcionar electricidad para redes interconectadas o aisladas y para suministros eléctricos remotosy para suministros eléctricos remotos

• Proyectos de pasada:Proyectos de pasada:

Menor costo y menores impactos ambientales

Pero necesitan potencia de respaldo en redes aisladas

• Tienen costos de inversión altos de los que el 75% son Tienen costos de inversión altos de los que el 75% son específicos específicos al sitioal sitio

• RETScreenRETScreen®® estima la capacidad, capacidad firme, salida, y estima la capacidad, capacidad firme, salida, y costos basados en las características del sitio tales como la costos basados en las características del sitio tales como la curva de duración del caudal y la altura de cargacurva de duración del caudal y la altura de carga

• RETScreenRETScreen® ® puede brindar significativos ahorros de estudios de puede brindar significativos ahorros de estudios de factibilidad preliminaresfactibilidad preliminares © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Módulo de Análisis de Proyectos de Pequeñas HidrosCurso de Análisis de Proyectos de Energía Limpia RETScreen®

International

www.retscreen.netwww.retscreen.net

¿Preguntas?¿Preguntas?


Para mayor información por favor visite el sitio web RETScreen® en

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