pequeÑas centrales hidroelectricasshplab.univalle.edu.co/documentos/dimensionamiento pch.pdf ·...
TRANSCRIPT
DIMENSIONAMIENTO DE
PEQUEÑAS CENTRALES
HIDROELECTRICAS
Prof: Ramiro Ortiz Flórez (PhD)
Laboratorio de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas
Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica - EIEE
Agenda
1. Importancia de PCH s..
2. Limitantes de las PCH s.
3. Tipos de PCH s.
4. Evaluación Hidroenergética.
5. Dimensionamiento.
Importancia de las Centrales Hidroeléctricas CHE s.
1. Solución de problemas de costos crecientes y dificultades en el abastecimiento de combustible.
2. Tecnologías de fácil adaptación.
3. Reducido costo de operación.
4. Reducido costo y simplicidad de mantenimiento.
5. Larga vida útil.
6. Impacto ambiental reducido.
7. Reducción de emisiones de efecto invernadero.
8. Puede compatibilizarse el uso del agua para otros fines mejorando el esquema de inversiones.
Limitantes de las CHE s
1. Requieren de elevadas inversiones unitarias por Kilovatio instalado.
2. Estudios costosos en relación a la inversión total.3. Aplicación condicionada a la disponibilidad de recursos
hidroenergeticos, generalmente retirados de los puntos de demanda.
4. La producción de energía es afectada por condiciones metereológicas estacionales.
5. Es necesario resolver eventuales contradicciones en las prioridades del uso del agua.
6. 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 Interconectada
maxD
T
PCH
T PP
maxD
T
PCH
T díadíaEE
PCH
MáxE
Perfil de la demanda
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Horas
kW
Residencial Demanda Industrial Servicios públicos
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Años
kW
Residencial Industrial Servicios públicos
Proyección de la demanda
Evaluación Hidroenergética
1. Evaluación del potencial hidroenergético.
2. Radio de transmisión de energía.
3. Evaluación energética del recurso.
Evaluación del potencial hidroenergético
Hidrología
Cartografía y Topografía
Geología y Geomorfología
Impacto Ambiental
Socio - económico
HQPPCH **81.9
0
500
1000
1500
2000
2500
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220L (Km)
Q (m3/s) H (m) P (MW)
Perfil Hidroenergético del Área de la
Cuenca
Indicadores Energéticos
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 30 60 90 120 150 180 210
L (KM)
i (M
W/K
m)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 30 60 90 120 150 180 210
L (Km)
a (
MW
/Km
2)
PCH Aislada PCH Interconectada
maxD
T
PCH
T PP
maxD
T
PCH
T díadíaEE
PCH
MáxE
Radio de transmisión de energía
Evaluación energética del recurso.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100 120 140
Histograma Q = f(t)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Curva de frecuencias Q= f(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%
Curva de probabilidades Q = f(%)
10
11
12
13
14
15
16
0% 10% 20% 30% 40%
Nivel máximo msnm
Nivel mínimomsnm
AlturaH (m)
Pérdidas por altura(10 %)
Eficiencia de los equipos
Pérdidas totales
1063,7 990,0 73,65 0,90 0,80 0,72
Información básica
Potencia y Energía
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Energía
Energía firmeEnergía adicional
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Factor de carga
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 50 100
Factor de carga en función del
caudal
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 10 20 30 40 50
Factor de carga en función de
la potencia
Información básica
U$A/kW inst(2000 $/U$A)
$/kWh Vida útil (años)
1500 100 20
Inversión
Costos por potencia
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100
Potencia e inversión en función del caudal
Potencia (MW) Inversión (Miles de Millones $)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100
Inversión, ingresos anuales y
amortización en función del
caudal
Inversión (Miles de Millones $)
Ingresos (Miles de Millones $*año)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100
Ingresos anuales y
amortización en función del
caudal
Ingresos (Miles de Millones $*año)
Amortizacion (años)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 10 20 30 40 50
Inversión, ingresos anuales y
amortizacion en función de la
potencia (MW)
Inversión (Miles de Millones $)
Ingresos (Miles de Millones $*año)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50
Ingresos anuales y amortización
en función de la
potencia (MW)
Ingresos (Miles de Millones $*año)
Amortizacion (años)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 20 40 60 80 100
Relación entre la venta energía
durante 20 años y la Inversión
en función del caudal
0
1
2
3
4
5
6
7
0 20 40 60
Relación entre la venta energía
durante 20 años y la Inversión
en función de la potencia
Proyectos
Energíafirme
Q prom mes
H (m)Potencia
(MW)Amortización
(años)Factor de
carga
Venta energía durante 20 años/
Inversión
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. Eficiencia:
Oscilación en la demanda de energía (Dmáx y Dmin).
Oscilación del Caudal (Qmáx y Qmin).
1. Estabilidad a las oscilación en la demanda de energía eléctrica.
2. 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.
