simulacion geotermica eolica

8/8/2019 Simulacion Geotermica Eolica

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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICAFACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICASUNIVERSIDAD DE CHILEAvda. Tupper 2007 Casilla 412-3 - Santiago ChileFono: (56) (2) 678 4210, Fax: (56) (2) 695 3881

INFORME FINAL

SIMULACION PRELIMINAR DEDESEMPEO OPERACIONAL Y

COMERCIAL DE CENTRALES DEGENERACION ELECTRICAGEOTERMICAS Y EOLICAS

Elaborado por: AREA DE ENERGIADEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICAUNIVERSIDAD DE CHILE

Para: COMISION NACIONAL DE ENERGIA

Santiago, 3 de febrero de 2003


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Simulacin Preliminar del Desempeo de Centrales Elctricas Geotrmicas y Elicasi

ACLARACION

Este informe fue preparado por encargo de la Comisin Nacional de Energa. Sin perjuicio deello, las conclusiones, opiniones y recomendaciones de los autores no necesariamente reflejanla posicin del Gobierno de Chile. De igual forma, cualquier referencia a un producto, marca,fabricante u otro similar no constituye en ningn caso una recomendacin por parte delGobierno Chile.

EQUIPO DE TRABAJO

Este trabajo ha sido desarrollado por el Area de Energa del Departamento de IngenieraElctrica de la Universidad de Chile.

El equipo de trabajo est conformado de la siguiente manera:

Eduardo Aranda B., Ing

Yamille del Valle K., Ing

Marco Mazurett L., Ing

Oscar Moya A., Ph.D.

Rodrigo Palma B., Dr. Ing.

Nelson Torres B., Ing. (c)

Luis Vargas D., Ph.D. (Coordinador)


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Simulacin Preliminar del Desempeo de Centrales Elctricas Geotrmicas y Elicasii

CONTENIDO

1 INTRODUCCION....................................................................................3

2 RECOPILACION DE INFORMACION (ETAPA I)...............................5

2.1 ENERGA GEOTRMICA.....................................................................................................52.1.1 Antecedentes Generales...................................................................................................5

2.1.2 Aspectos Regulatorios......................................................................................................6

2.1.3 Aspectos Medioambientales.............................................................................................72.1.4 Nivel de Penetracin de Mercado....................................................................................8

2.2 ENERGA ELICA.............................................................................................................132.2.1 Antecedentes Generales.................................................................................................13

2.2.2 Aspectos Regulatorios....................................................................................................15

2.2.3 Aspectos Medioambientales...........................................................................................152.2.4 Nivel de Penetracin de Mercado..................................................................................15

2.2.5 Experiencia Chilena: Central Alto Baguales................................................................16

A. CARACTERSTICAS TCNICAS .................................................................................16B. CARACTERSTICAS DE OPERACIN........................................................................17

2.3 CONCLUSIONES RELEVANTES DE LA RECOPILACIN.....................................................182.3.1 Para Energas Renovables en General..........................................................................18

2.3.2 Para Energa Geotrmica..............................................................................................19A. VENTAJAS ......................................................................................................................19B. DESVENTAJAS...............................................................................................................19

2.3.3 Para Energa Elica ......................................................................................................20A. VENTAJAS ......................................................................................................................20B. DESVENTAJAS...............................................................................................................20

3 CARACTERIZACION TECNICO-ECONOMICA DE PROYECTOSGEOTERMICOS Y EOLICOS (ETAPAS II Y III) ...............................22

3.1 CARACTERIZACIN ENERGA GEOTRMICA..................................................................22


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3.1.1 Introduccin...................................................................................................................22

3.1.2 Caracterizacin Tcnica................................................................................................22

3.1.3 Caracterizacin Econmica...........................................................................................25

A. ESCENARIOS POSIBLES PARA EL DESARROLLO DEL NEGOCIO .....................25B. INFORMACIN DE COSTOS DE PROYECTOS GT...................................................28C. ESTRUCTURA DE COSTOS E INGRESOS..................................................................30Costos:.....................................................................................................................................30Ingresos:..................................................................................................................................30

3.1.4 Integracin a Sistemas...................................................................................................30

3.2 CARACTERIZACIN ENERGA ELICA............................................................................323.2.1 Introduccin...................................................................................................................323.2.2 Caracterizacin Tcnica................................................................................................33

A. EMPLAZAMIENTO ........................................................................................................34

B. VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO................................................35B.1 Variabilidad instantnea del viento (o corto plazo).......................................................35B.2 Variaciones diurnas (noche y da) del viento.................................................................36B.3 Variaciones Estacionales del Viento..............................................................................37B.4 Variaciones anuales en la energa elica........................................................................38C. POTENCIA GENERADA EN FUNCIN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO.........38C.1 Distribucin de Weibull.................................................................................................38C.2 Curvas de potencia de entrada, disponible y generada ..................................................39C.3 Curva de potencia de un aerogenerador.........................................................................40C.4 Coeficiente de potencia..................................................................................................41C.5 Factor de carga ...............................................................................................................41

3.2.3 Caracterizacin Econmica...........................................................................................42A. ESCENARIOS POSIBLES PARA EL DESARROLLO DEL NEGOCIO .....................42B. COSTOS DE OPERACION.............................................................................................42Las prdidas cclicas ...............................................................................................................43Costos de reserva ....................................................................................................................44C. ESTRUCTURA DE COSTOS E INGRESOS..................................................................44Los costes de instalacin incluyen:.........................................................................................44Ingresos:..................................................................................................................................45

3.2.4 Integracin a Sistemas...................................................................................................45A. OSCILACIONES DE POTENCIA, VOLTAJE Y FLICKER.........................................45B. FACTOR DE POTENCIA................................................................................................46

C. ARMNICOS ..................................................................................................................46D. IMPACTO SOBRE EL SISTEMA...................................................................................47

4 SELECCION PRELIMINAR DE CENTRAL GEOTERMICA (ETAPAIII)...........................................................................................................48


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Simulacin Preliminar del Desempeo de Centrales Elctricas Geotrmicas y Elicasiv

4.1 INTRODUCCIN ................................................................................................................48

4.2 LA TORTA.........................................................................................................................484.2.1 Emplazamiento..............................................................................................................484.2.2 Caractersticas Tcnicas................................................................................................49

4.3 CALABOZO .......................................................................................................................504.3.1 Emplazamiento..............................................................................................................50

4.3.2 Caractersticas Tcnicas................................................................................................51

5 SELECCION PRELIMINAR DE CENTRAL EOLICA (ETAPA III) ..53

5.1 INTRODUCCIN ................................................................................................................53

5.2 CERRO PARANAL .............................................................................................................555.2.1 Cizallamiento.................................................................................................................56

5.2.2 Variabilidad del Viento..................................................................................................58A. VARIACIN DIARIA.....................................................................................................58B. VARIACIN ESTACIONAL..........................................................................................61C. VARIACIN ANUAL.....................................................................................................63

5.2.3 Evaluacin Preliminar del Potencial Elico.................................................................63

5.2.4 Seleccin Preliminar del Aerogenerador......................................................................65

5.3 LA SILLA ..........................................................................................................................675.3.1 Cizallamiento.................................................................................................................67

5.3.2 Variabilidad del Viento..................................................................................................69A. VARIACIN DIARIA.....................................................................................................69B. VARIACIN ESTACIONAL..........................................................................................72C. VARIACIN ANUAL.....................................................................................................73

5.3.3 Evaluacin Preliminar del Potencial Elico.................................................................73

5.3.4 Seleccin Preliminar del Aerogenerador......................................................................75

5.4 PUNTA LENGUA DE VACA................................................................................................775.4.1 Cizallamiento.................................................................................................................77

5.4.2 Variabilidad del Viento..................................................................................................79A. VARIACIN DIARIA.....................................................................................................79B. ARIACIN ESTACIONAL.............................................................................................81C. VARIACIN ANUAL.....................................................................................................82

5.4.3 Evaluacin Preliminar del Potencial Elico.................................................................825.4.4 Seleccin Preliminar del Aerogenerador......................................................................84

5.5 COMENTARIOS APLICADOS A LOS CASOS ANALIZADOS ................................................86


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5.5.1 Acerca del Emplazamiento y Variabilidad del Viento...................................................86

5.5.2 Acerca del Diseo de las Turbinas ................................................................................87

5.5.3 Acerca del Parque Elico..............................................................................................89

6 DESEMPEO OPERACIONAL DE PROYECTOS (ETAPAS IV Y V)91

6.1 FICHA TCNICA DE PROYECTOS.....................................................................................916.1.1 Ficha Tcnica Proyectos Geotrmicos ..........................................................................91

A. LA TORTA.......................................................................................................................91B. CALABOZO.....................................................................................................................92

6.1.2 Ficha Tcnica Proyectos Elicos...................................................................................92A. CERRO PARANAL.........................................................................................................92B. LA SILLA.........................................................................................................................93C. PUNTA LENGUA DE VACA.........................................................................................93

6.2 COMPORTAMIENTO OPERACIONAL ................................................................................946.2.1 Introduccin...................................................................................................................946.2.2 Comportamiento de Rgimen Permanente....................................................................94

A. PROYECTOS GT.............................................................................................................94B. PROYECTOS ELICOS .................................................................................................95

6.2.3 Comportamiento Dinmico............................................................................................95

A. CENTRALES ELICAS..................................................................................................96A.1 Proyectos Elicos operando en forma separada en Punta Lengua de Vaca y La Silla ..96A.2 Proyectos Elicos Simultneos en Punta Lengua de Vaca y La Silla..........................100A.3 Conclusiones Centrales Elicas SIC ............................................................................104B. SALIDA DE CENTRAL GEOTRMICA.....................................................................104C. COMENTARIOS............................................................................................................106

6.3 CARACTERIZACION DE POTENCIA FIRME.....................................................1066.3.1 Introduccin.................................................................................................................1066.3.2 Proyectos Geotrmicos................................................................................................109

A. PROYECTO CALABOZO.............................................................................................109B. PROYECTO LA TORTA................................................................................................109

6.3.3 Proyectos Elicos.........................................................................................................110

A. PROYECTO LA SILLA.................................................................................................110B. PROYECTO PUNTA LENGUA DE VACA.................................................................112C. PROYECTO CERRO PARANAL .................................................................................113

7 DESEMPEO ECONOMICO DE LOS PROYECTOS (ETAPA IV)115


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7.1 CRITERIOS GENERALES .................................................................................................115

7.2 TRATAMIENTO DE LOS MERCADOS...............................................................................116

7.3 PROYECTOS GEOTRMICOS ..........................................................................................1177.3.1 Criterios de Evaluacin Econmica ............................................................................1177.3.2 Descripcin de Inversiones, Costos e Ingresos ...........................................................119

A. INVERSIONES ..............................................................................................................119I. Subproyectos................................................................................................................119II. Exploracin..................................................................................................................120III. Construccin de pozos y vaporductos..........................................................................120IV. Planta elctrica.............................................................................................................121V. Transmisin..................................................................................................................121B. COSTOS.........................................................................................................................124

1. Operacin y mantenimiento.........................................................................................1242. Permisos.......................................................................................................................124C. INGRESOS.....................................................................................................................1251. Ingresos por concepto de ventas de energa en el mercado spot..................................1252. Ingresos por concepto de ventas de potencia...............................................................126

7.3.3 Evaluacin Econmica................................................................................................127A. CALABOZO...................................................................................................................129Caso Base..............................................................................................................................129Tasa de descuento .................................................................................................................129Horizonte de evaluacin........................................................................................................130Factor de planta.....................................................................................................................130

Factor de Peajes ....................................................................................................................131Exploracin...........................................................................................................................131Factor de valor de planta elctrica ........................................................................................131Factor pozos y vaporductos...................................................................................................132Factor de precio.....................................................................................................................132Factor O&M..........................................................................................................................133Plan de inversiones................................................................................................................133B. LA TORTA.....................................................................................................................133Caso Base..............................................................................................................................133Tasa de descuento .................................................................................................................134Horizonte de evaluacin........................................................................................................134

Factor de planta.....................................................................................................................134Factor de Peajes ....................................................................................................................134Exploracin...........................................................................................................................135Factor de valor de planta elctrica ........................................................................................135Factor de precio.....................................................................................................................135

7.3.4 COMENTARIOS ..........................................................................................................136

7.4 PROYECTOS ELICOS ....................................................................................................136


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9.3.1 Proyectos Geotrmicos................................................................................................169

9.3.2 Proyectos Elicos.........................................................................................................170

9.4 VISIN FUTURA..............................................................................................................1719.4.1 Proyectos Geotrmicos................................................................................................1719.4.2 Proyectos Elicos.........................................................................................................172

9.5 TRABAJO FUTURO..........................................................................................................172

10 REFERENCIAS ................................................................................... 174

10.1 BIBLIOGRAFA PRINCIPAL.............................................................................................174

10.2 OTROS SITIOS WWW DEINTERS...............................................................................176

10.3 BIBLIOGRAFA ADICIONAL............................................................................................176

ANEXO A: CONTROL DE CENTRALES............................................... 180

A.1 INTRODUCCIN.................................................................................................................180

A.2 CENTRALES GEOTRMICAS .............................................................................................180I. CLASIFICACIN GENERAL ......................................................................................180II. SISTEMAS DE CONTROL PLANTAS TIPO FLASH................................................181III. OTROS SISTEMAS ............................................................................................181

A.3 CENTRALES ELICAS ....................................................................................................182A. CONTROL SOBRE LA OPERACIN DE LOS AEROGENERADORES .................183A.1 Control de las turbinas elicas. ....................................................................................183A.2 Control del Parque Elico............................................................................................188B. CONTROL SOBRE LA POTENCIA ELCTRICA INYECTADA A LA RED..........189B.1 Conexin del parque elico a la red.............................................................................190

B.2 Calidad de suministro en rgimen permanente............................................................191B.3 Control de calidad de suministro en aerogeneradores de velocidad fija......................193B.4 Control de calidad de suministro en aerogeneradores de velocidad variable ..............195C. EFECTOS DE AEROGENERADORES SOBRE EL SISTEMA..................................197

ANEXO B: FUENTES DE DATOS Y METODOLOGAS ...................... 199


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B.1. ANLISIS COMPARATIVO DE LAS FUENTES DE INFORMACIN .......................................199Cerro Paranal.........................................................................................................................199La Silla ..................................................................................................................................201Punta Lengua de Vaca...........................................................................................................203

B.2 ANLISIS DE LAS METODOLOGAS EMPLEADAS PARA EL CLCULO DE POTENCIA. ........203

B.3 ESCENARIOS DE PRECIOS .................................................................................................205

ANEXO C: RESULTADOS DE FLUJOS DE POTENCIA...................... 206

C.1 LA SILLA 206

C.2 PUNTA LENGUA DE VACA.................................................................................................214

C.3 PROYECTOS CONJUNTOS PUNTA LENGUA DE VACA Y LA SILLA....................................222

ANEXO D: ................................................................................................ 230

D.1 DATOS PARAPOTENCIA FIRME DE CENTRALES ELICAS .............................................230La Silla ..................................................................................................................................230

Punta Lengua de Vaca...........................................................................................................232Cerro Paranal.........................................................................................................................233

D.2 DATOS ESTUDIOS DINMICOS .........................................................................................234


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ndice de Figuras

Figura 1: Figura: Manifestaciones GT en la zona norte del pas ....................................................... 50Figura 2: Manifestaciones GT en la zona central del pas ....................................................... ......... 52Figura 3: Ubicacin de Proyecto Elico Cerro Pranla .................................................. .................. 56Figura 4: Ubicacin Proyecto Elico La Silla ...................................................... ........................... 67Figura 5: Ubicacin Proyecto Elico Punta Lengua de Vaca .................................................. ......... 77Figura 6: Formulario para anlisis de sensibilidad..........................................................................129Figura 7: Mecanismo de control planta tipo Flash..........................................................................181Figura 8: Mecanismo de control planta Ciclo Binario .....................................................................182Figura 9: Esquema de Control de turbina elica.............................................................................184Figura 10: Esquema de Control del parque elico..........................................................................188Figura 11: Esquema simplificado de un parque elico conectado a la red ........................................192Figura 12: Aerogenerador de velocidad fija conectado a la red .......................................................194Figura 13: Generador de induccin con convertidor en el rotor .......................................................196Figura 14: Generador de induccin jaula de ardilla ........................................................................196Figura 15: Generador sincrnico...................................................................................................197


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ndice de Tablas

Tabla 1: Energa Geotrmica en el mundo .................................................. .................................... 11Tabla 2: Proyectos Geotrmicos Especficos a nivel mundial.................................................. ......... 12Tabla 3: Evolucin mundial de capacidad instalada de energa GT .................................................. 13Tabla 4: Estructura de costos para proyectos geotrmicos....................................................... ......... 28Tabla 5: Velocidades del Viento en Cerro Paranal ........................................................ .................. 58Tabla 6: Resultados de Simulacin de Proyecto Elico Cerro Paranal.............................................. 64Tabla 7: Resultados de Simulacin de Proyecto Elico Cerro Paranal (continuacin) ........................ 65Tabla 8: Velocidades del Viento en La Silla ........................................................ ........................... 69Tabla 9: Resultados de Simulacin de Proyecto Elico La Silla ....................................................... 74Tabla 10: Resultados de Simulacin Proyecto Elico La Silla (continuacin) ................................... 75Tabla 11: Velocidades del Viento para Proyecto Punta Lengua de Vaca........................................... 79Tabla 12: Resultados de Simulacin Proyecto Elico Punta Lengua de Vaca.................................... 83Tabla 13: Resultados de Simulacin Proyecto Elico Punta Lengua de Vaca (continuacin) .............. 84Tabla 14: Expansin Modular Normal para Proyectos GT ..............................................................118Tabla 15: Expansin Modular Acelerada para Proyectos GT ..........................................................118Tabla 16: Resumen de Inversiones para Proyecto La Torta.............................................................122Tabla 17: Resumen de Inversiones para Proyecto Calabozo............................................................123Tabla 18: Resumen de Costos de Operaciones...............................................................................124Tabla 19: Costos asociados a permisos para Proyecto La Torta .......................................................125Tabla 20: Costos asociados a permisos para Proyecto Calabozo......................................................125Tabla 21: Sensibilidad de tasa de descuento para Proyecto Calabozo...............................................130

Tabla 22: Sensibilidad en el Horizonte de Evaluacin para Proyecto Calabozo ................................130Tabla 23: Sensibilidad del Factor de Planta para Proyecto Calabozo................................................130Tabla 24: Sensibilidad en el Factor de Peajes para Proyecto Calabozo .............................................131Tabla 25: Sensibilidad del Factor de exploracin para Proyecto Calabozo .......................................131Tabla 26: Sensibilidad del Factor de Valor de la Planta Elctrica, Proyecto Calabozo.......................131Tabla 27: Sensibilidad de pozos y vaporductos para Proyecto Calabozo..........................................132Tabla 28: Sensibilidad para el precio, Proyecto Calabozo ...............................................................132Tabla 29: Escenarios de Precios, Proyecto Calabozo ......................................................................132Tabla 30: Sensibilidad en O&M para Proyecto Calabozo................................................................133Tabla 31: Sensibilidad del plan de inversiones para Proyecto Calabozo ...........................................133Tabla 32: Sensibilidad de tasa de descuento para Proyecto La Torta ...............................................134Tabla 33: Sensibilidad en el Horizonte de Evaluacin para Proyecto La Torta .................................134

Tabla 34: Sensibilidad del Factor de Planta para Proyecto La Torta ................................................134Tabla 35: Sensibilidad en el Factor de Peajes para Proyecto La Torta .............................................134Tabla 36: Sensibilidad del Factor de exploracin para Proyecto La Torta ........................................135Tabla 37: Sensibilidad del Factor de Valor de la Planta Elctrica, Proyecto La Torta .......................135Tabla 38: Sensibilidad para el precio, Proyecto La Torta................................................................135Tabla 39: Inversin para Proyecto Elico La Silla ..........................................................................139Tabla 40: Inversin para Proyecto Elico Punta Lengua de Vaca....................................................140Tabla 41: Inversin para Proyecto Elico Cerro Paranal.................................................................141


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Tabla 42: Costos elaborados para la evaluacin del Proyecto Elico La Silla ...................................141Tabla 43: Costos elaborados para la evaluacin del Proyecto Elico Punta Lengua de Vaca .............142Tabla 44: Costos elaborados para la evaluacin del Proyecto Elico Cerro Paranal ..........................142

Tabla 45: Ingresos elaborados para la evaluacin del Proyecto Elico La Silla .................................143Tabla 46: Ingresos elaborados para la evaluacin del Proyecto Elico Punta Lengua de Vaca...........143Tabla 47: Ingresos elaborados para la evaluacin del Proyecto Elico Cerro Paranal........................144Tabla 48: Flujo Puro elaborado para la evaluacin del Proyecto Elico La Silla ...............................144Tabla 49: Flujo Puro elaborado para la evaluacin del Proyecto Elico Punta Lengua de Vaca .........145Tabla 50: Flujo Puro elaborado para la evaluacin del Proyecto Elico Cerro Paranal......................145Tabla 51: Evaluacin Para Proyecto La Silla segn caso base.........................................................158Tabla 52: Evaluacin Para Proyecto Punta Lengua de Vaca segn caso base ...................................158Tabla 53: Evaluacin Para Proyecto Cerro Paranal segn caso base ................................................159Tabla 54: Comparacin de Proyectos Elicos ................................................................................159Tabla 55: Reduccin de 20% en Inversin para Proyecto Punta Lengua de Vaca .............................160Tabla 56: Precio de Rentabilizacin para Proyecto Punta Lengua deVaca .......................................160

Tabla 57: Comparacin de tecnologas..........................................................................................197Tabla 58: Velocidad media mensual (Cerro Paranal) ......................................................................199Tabla 59: Velocidad media mensual con interpolacin de datos (Cerro Paranal) ..............................200Tabla 60: Velocidad media del viento calculada con datos originales (Cerro Paranal) ......................200Tabla 61: Velocidad media mensual (La Silla)...............................................................................201Tabla 62: Velocidad media mensual con interpolacin de datos (La Silla) .......................................201Tabla 63: Velocidad media del viento calculada con datos originales (La Silla) ...............................202Tabla 64: Velocidad media mensual (Punta Lengua de Vaca).........................................................203Tabla 65: Velocidad media mensual con interpolacin de datos (Punta Lengua de Vaca) .................203Tabla 66: Datos para Potencia Firme (La Silla)..............................................................................230Tabla 67: Datos para Potencia Firme (Lengua de Vaca) .................................................................232Tabla 68: Datos para Potencia Firme (Cerro Paranal) .....................................................................233

Tabla 69: Datos de estudios dinmicos ..........................................................................................234


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ndice de Grficos

Grfico 1: Variabilidad de la velocidad del viento en el corto plazo.................................................. 36Grfico 2: Variabilidad de la velocidad del viento diurna (Beldringe, Dinamarca) ............................ 37Grfico 3: Variabilidad de la velocidad del viento estacional.................................................. ......... 37Grfico 4: Variaciones anuales de la velocidad del viento....................................................... ......... 38Grfico 5: Distribucin de Weibull .................................................. .............................................. 39Grfico 6: Potencia de entrada, potencia disponible y potencia de salida de un aerogenerador ........... 40Grfico 7: Curva de potencia de un aerogenerador ........................................................ .................. 41Grfico 8: Curvas de Cizallamiento Cerro Paranal........................................................ .................. 57Grfico 9: Variabilidad de la velocidad del viento diurna: Promedio anual por hora .......................... 59Grfico 10: Variabilidad de la velocidad del viento diurna:..................................................... ......... 59Grfico 11: Variabilidad de la velocidad del viento diurna:..................................................... ......... 60Grfico 12: Variabilidad de la velocidad del viento estacional: ............................................... ......... 62Grfico 13: Variabilidad de la velocidad del viento estacional: ............................................... ......... 62Grfico 14: Variabilidad de la velocidad del viento interanual: Cerro Paranal................................... 63Grfico 15: Distribucin de Weibul: Cerro Paranal....................................................... .................. 64Grfico 16: Simulacin: Turbina elica NEG MICON 2[MW]............................................... ......... 66Grfico 17: Curvas de Cizallamiento: La Silla ..................................................... ........................... 68Grfico 18: Variabilidad de la velocidad del viento diurna: Promedio anual por hora ........................ 70Grfico 19: Variabilidad de la velocidad del viento diurna:..................................................... ......... 70Grfico 20: Variabilidad de la velocidad del viento diurna:..................................................... ......... 71Grfico 21: Variabilidad de la velocidad del viento estacional: Promedios mensuales ....................... 72

Grfico 22: Variabilidad de la velocidad del viento estacional: ............................................... ......... 72Grfico 23: Variabilidad de la velocidad del viento interanual: La Silla............................................ 73Grfico 24: Distribucin de Weibul: La Silla ....................................................... ........................... 74Grfico 25: Simulacin: Turbina elica Vestas 2[MW]................................................. .................. 76Grfico 26: Curvas de Cizallamiento: Punta Lengua de Vaca ................................................. ......... 78Grfico 27: Variabilidad de la velocidad del viento diurna:..................................................... ......... 79Grfico 28: Variabilidad de la velocidad del viento diurna:..................................................... ......... 80Grfico 29: Variabilidad de la velocidad del viento diurna:..................................................... ......... 81Grfico 30: Variabilidad de la velocidad del viento estacional: ............................................... ......... 81Grfico 31: Variabilidad de la velocidad del viento estacional: ............................................... ......... 82Grfico 32: Distribucin de Weibul: Punta Lengua de Vaca ................................................... ......... 83Grfico 33: Simulacin: Turbina elica Vestas 2[MW]................................................. .................. 85

Grfico 34: Potencia a diferentes velocidades de viento y distintos ngulos de paso .......................... 88Grfico 35:Simulacin de la salida de la central La Silla ............................................... .................. 97Grfico 36: Efecto en barras de 110 kV...................................................... .................................... 98Grfico 37: Simulacin de la salida de la central Guacolda ..................................................... ......... 99Grfico 38: Salida de la central elica Punta Lengua de Vaca (PLV) ..............................................101Grfico 39: Evolucin tpica de subestaciones Maitencillo, Guacolda, Pan de Azcar y Quillota .......102Grfico 40:Salida Central Guacolda ..............................................................................................103Grfico 41: Respuesta en barras PLV y la Silla ..............................................................................104


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Simulacin Preliminar del Desempeo de Centrales Elctricas Geotrmicas y Elicasxiv

Grfico 42: Efecto en barras debido a una perturvacin en La Torta ...............................................105Grfico 43: Distribucin de probabilidades discreta de velocidades en La Silla ................................111Grfico 44: Distribucin de probabilidades discreta de velocidades en Punta Lengua de Vaca ..........113

Grfico 45: Distribucin de probabilidades discreta de velocidades en Cerro Paranal.......................114Grfico 46: Potencias Generadas considerando variabilidad de vientos diurna .................................146Grfico 47: Energa Acumulada considerando variabilidad de vientos diurna ..................................147Grfico 48: Potencias disponible y generada segn variabilidad anual.............................................148Grfico 49: Energa acumulada segn variabilidad anual................................................................148Grfico 50: Potencias Generadas considerando variabilidad de vientos diurna .................................149Grfico 51: Energa Acumulada considerando variabilidad de vientos diurna..................................150Grfico 52: Potencias disponible y generada segn variabilidad anual.............................................151Grfico 53: Energa acumulada segn variabilidad anual................................................................151Grfico 54: Potencias Generadas considerando variabilidad de vientos diurna .................................152Grfico 55: Energa Acumulada considerando variabilidad de vientos diurna..................................153Grfico 56: Grfico. Potencias disponible y generada segn variabilidad anual................................154

Grfico 57: Grfico. Energa acumulada segn variabilidad anual...................................................154Grfico 58: Velocidades medias segn las distintas fuentes (Cerro Paranal) ....................................201Grfico 59: Velocidades medias segn las distintas fuentes (La Silla) .............................................202


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Simulacin Preliminar del Desempeo de Centrales Elctricas Geotrmicas y Elicasxv


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Simulacin Preliminar del Desempeo de Centrales Elctricas Geotrmicas y Elicas1

RESUMEN

El presente reporte describe los resultados del proyecto Simulacin Preliminar deDesempeo Operacional y Comercial de Centrales de Generacin Elctrica Geotrmicas y

Elicas, desarrollado por el equipo consultor del Area de Energa de la Universidad de Chilepara la Comisin Nacional de Energa (CNE).

Este estudio se enmarca en el desarrollo potencial de las Energas Renovables NoConvencionales (ERNC) en Chile y su objetivo es evaluar la conveniencia o no de que elEstado fomente este tipo de energas. Por ello, en este trabajo se realiza un diagnstico delsector mediante una simulacin preliminar del comportamiento operacional y econmico queeventuales plantas de generacin elctrica elicas y geotrmicas tendran, si se encontraranconectadas a los sistemas interconectados nacionales (SIC y SING).

Desde el punto de vista del despacho se vislumbra que ambos proyectos operaran enbase debido a su reducido costo operacional (equivalente a una central de pasada) en relacin alas centrales convencionales (trmicas de ciclo combinado o carbn). As, la principal barrerapara el ingreso de estas centrales en el actual esquema de libre competencia del sector radicaen los elevados costos de inversin. El proyecto que entrega los mejores resultados es lacentral geotrmica Calabozo en la regin del Maule. En este sentido, se reconoce que laprincipal barrera de entrada para los proyectos geotrmicos son los costos incurridos en la fase

de exploracin, los que tienen asociado un alto riesgo para el inversionista. Los resultados delas simulaciones permiten concluir que no existen barreras operacionales significativas para eldesarrollo de estos proyectos. Slo se ha detectado una mayor sensibilidad a la frecuencia delos proyectos elicos en el SING, dado que su magnitud es comparablemente menor al SIC.En todo caso, dichos problemas pueden resolverse convenientemente con equipos decompensacin modernos. Por ello, en general se espera que estas tecnologas se desarrollenprimero en el SIC y luego en el SING.

Se ha identificado asimismo, que las condiciones administrativas para el ingreso denuevas empresas a los Centros de Despacho de Carga (CDEC) estn normadas en losReglamentos Internos de cada CDEC y en un conjunto de Manuales, los que a la fecha de

elaboracin de este informe no han sido sancionados por la CNE. Dada la importancia de estoscuerpos normativos se recomienda examinarlos atentamente para precaver que no incorporenclusulas que pudieran discriminar las nuevas tecnologas.

La tendencia mundial de los costos de estas energas, particularmente la elica, es a labaja por lo que se esperara que en el futuro cercano (5 aos aprox.) sean competitivas con lastecnologas convencionales. Sin perjuicio de esto, de la experiencia internacional revisada, seconcluye que la autoridad puede explorar formas para promover estas tecnologas, ya sea


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reduciendo la carga impositiva de ellas, generando un esquema de seguros de exploracin enel caso geotrmico, estableciendo planes de subsidio directo o indirecto por parte de losconsumidores, o valorando econmicamente las externalidades positivas en el impactoambiental.

Finalmente, este estudio ha permitido identificar un conjunto de lneas de trabajo quedebieran abordarse para evaluar y promover efectivamente el desarrollo de estas tecnologasen los sistemas nacionales.


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1 INTRODUCCION

El presente informe corresponde al Informe Final que reporta los resultados del proyectoSimulacin Preliminar de Desempeo Operacional y Comercial de Centrales de GeneracinElctrica Geotrmicas y Elicas.

El sector elctrico nacional atraviesa por un perodo de desafos y oportunidades quepermiten el aprovechamiento de los recursos energticos renovables con un buen potencial. Enefecto, se advierte un nivel bajo de inversin en generacin en el Sistema InterconectadoCentral (SIC), el cual, junto con los posibles conflictos provenientes de la dependencia

energtica de gas natural con Argentina, abren las posibilidades para explorar nuevos recursosque diversifiquen la matriz energtica nacional, en particular el de las llamadas energasrenovables no convencionales (ERNC) como la elica y la geotrmica. Sin embargo, el marcolegal en el cual se desenvuelven las ERNC es el mismo que se aplica a las energastradicionales. Esto implica que el grado de explotacin de estos recursos dependerfuertemente de la competitividad, en trminos de precio y calidad, as como del adecuadotratamiento a posibles barreras de entrada de estos recursos.

Las ERNC mantienen una participacin marginal en la matriz energtica nacional,situacin que no variar una vez concluidas las iniciativas en marcha de promocin de suintroduccin en el sector rural. Ms an es probable que su participacin global disminuya en

el largo plazo, a medida que el pas vaya aumentando su cobertura de redes de distribucin deenerga elctrica, a menos que se establezcan mecanismos que promuevan la introduccin delas ERNC en los mercados tradicionales de la energa.

Este estudio se enmarca en el desarrollo potencial de las ERNC de modo de poder daruna respuesta fundada a la conveniencia o no de que el Estado fomente este tipo de energas yal rol que le cabra a los organismos pblicos sectoriales en una eventual promocin. Por ellose pretende avanzar en el diagnstico del sector mediante una simulacin preliminar delcomportamiento operacional y econmico que eventuales plantas de generacin elctricaelicas y geotrmicas tendran si se encontrarn conectadas a los sistemas interconectadosnacionales. Por este medio se pretende obtener antecedentes objetivos que permitan avanzar en

la identificacin de las barreras econmicas, comerciales y, de existir, administrativas a lascuales se encuentran sometidos ese tipo de proyectos en el pas.

El presente estudio aborda una recopilacin de informacin relevante para lacaracterizacin tcnico-econmica de los proyectos de energa geotrmica y elicos. Lainformacin es resultado de la recopilacin de antecedentes de literatura especializada en lamateria, documentos entregados por la CNE, sitios dedicados en Internet y reuniones detrabajo. Como resultado de esta compilacin se obtienen conclusiones referentes a las


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tendencias de precios y las tecnologas ms avanzadas en geotermia y energa elica. Serecogen adems los principales formatos regulatorios bajo los cuales se han desarrollado estastecnologas.

A continuacin se realiza una caracterizacin tcnico-econmica de los proyectos,identificando estructuras de costo, ingresos, as como las modalidades de operacin ytecnologas ms frecuentes. Junto con esto se identifican tambin los principales aspectos quedeterminan la insercin en sistemas interconectados para este tipo de centrales. Con estainformacin se definen proyectos ficticios de estas tecnologas en los sistemas SING y SIC yse obtienen resultados preliminares de la operacin y la evaluacin econmica de losproyectos elicos para un tamao de referencia de 50 MW (mdulos del orden de 2 MW) ypara los proyectos geotrmicos para una potencia mxima de 300 MW (con mdulos de 50MW) por yacimiento.

Para las centrales geotrmicas se definen dos centrales con tecnologa flash. La primerade ellas en el SING corresponde al yacimiento conocido como La Torta, ubicado en la reginde Antofagasta en la cercana del conocido yacimiento del Tatio (el rea geogrfica esprcticamente coincidente con la localizacin del Tatio). El segundo de los proyectos en elsistema SIC corresponde al yacimiento conocido como Calabozo, ubicado en la regin delMaule en la zona cordillerana a lo largo de la rivera del ro colorado. Por su parte, para lascentrales elicas se definen tres emplazamientos en Punta Lengua de Vaca (IV Regin), LaSilla (IV Regin), ambos en el sistema SIC y Cerro Paranal (II Regin) en el SING.

Posteriormente, se estudia el desempeo operacional de los proyectos elicos y

geotrmicos ficticios considerando tanto el desempeo en rgimen estacionario como larespuesta dinmica. Asimismo, se incluye una discusin acerca de la potencia firme y unaestimacin de sus valores para los escenarios bajo estudio. A continuacin, se resumen losesquemas de simulacin y evaluacin del desempeo econmico considerados para cada unade las tecnologas. A pesar de existir algunas caractersticas y criterios de evaluacineconmica comunes en los proyectos geotrmicos y elicos, el tratamiento metodolgico espresentado en forma separada, resaltando las caractersticas particulares de cada uno de ellos.

Como resultado de los estudios realizados se analizan las condiciones para la instalaciny operacin de centrales elicas y geotrmicas, poniendo nfasis en la posible existencia debarreras de entrada para estas tecnologas. Finalmente, se presentan las conclusiones msrelevantes del estudio y se identifican los principales desafos futuros para el desarrollo deestas tecnologas en nuestro pas.


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2 RECOPILACION DE INFORMACION (ETAPA I)

En este captulo se presenta informacin relevante para la caracterizacin tcnico-econmicade los proyectos de energa geotrmica y elicos. La informacin es resultado de larecopilacin de antecedentes de literatura especializada en la materia, documentos entregadospor la CNE, sitios dedicados en Internet y reuniones de trabajo.

2.1 Energa Geotrmica

2.1.1 Antecedentes Generales

La tierra se define como un sistema de fluidos en mutua interaccin. Los hay rpidos y lentos,pero el planeta, en su conjunto, se mantiene en un estado de equilibrio. Como consecuencia, laTierra tiene distintas formas de energa intrnseca. Entre ellas, las de mayor inters son lacintica, elstica y trmica, entre las cuales adems existe un intercambio permanente. Lageotermia corresponde a la energa trmica interna de la Tierra. La tecnologa actual permitediversas formas de aprovechamiento de esta energa con el fin de convertirla en energa til(calor, electricidad).

El recurso geotrmico explotable se encuentra a profundidades que oscilan entre algunoscientos de metros y 3 kilmetros de profundidad. Existen dos aplicaciones principales de laenerga geotrmica (GT), la utilizacin del calor de la tierra para producir electricidad y laentrega de servicios directos de calor (como por ejemplo, agua caliente o calefaccin). Comoconsecuencia de esto, se diferencian las unidades de medida asociadas al uso de la geotermia.Para aplicaciones en electricidad se hace uso de la unidad MWe, mientras que el resto de lasaplicaciones utilizan la unidad usual de potencia MW o bien MWt para reconocer aplicacionestrmicas directas [1, 5].

Es importante recalcar que la GT constituye una alternativa energtica a los energticosde tipo fsil. Lo anterior la define como una alternativa de diversificacin de la matrizenergtica en pases fuertemente dependientes de fuentes energticas no renovables.

Para el uso de la geotermia en la produccin de electricidad se han desarrollado y estnen desarrollo distintas tecnologas, entre las que destacan la de tipo Flash, Vapor seco,


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Binaria y de Roca Seca. La eleccin de una de estas tecnologas depende de la conjuncinde distintas caractersticas del yacimiento geotrmico, entre las que cabe mencionar:

o Existencia o no de agua en forma natural en la fuente de calor geotrmico,o Caractersticas qumicas del agua existente en el yacimiento,o Temperatura de la fuente de calor geotrmico,o Profundidad de la fuente de calor.

A continuacin se entrega un conjunto de antecedentes que buscan caracterizar lageotermia desde un punto de vista tcnico-econmico.

2.1.2 Aspectos Regulatorios

La falta de claridad regulatoria respecto de la exploracin, construccin, explotacineconmica e integracin a sistemas elctricos interconectados de recursos geotrmicos ha sidoun factor importante de freno de iniciativas de inversiones privadas en distintos pases [2].Incluso, en sistemas donde existe una normativa desarrollada, ambigedades en suinterpretacin e inexistencia de traducciones a otros idiomas, inhibe la presencia deinversiones extranjeras en este sector [21].

Esta situacin se mantuvo en Chile hasta el 7 de enero de 2000, fecha en que fue puestaen vigencia la Ley N 19.657, del Ministerio de Minera, sobre concesiones de energa

geotrmica, la cual regula la energa geotrmica en trminos de: su definicin; las concesionesy licitaciones para su exploracin o explotacin; la construccin de servidumbres necesariaspara su exploracin o explotacin; las condiciones de seguridad que deben adoptarse en eldesarrollo de las actividades geotrmicas; las relaciones entre los concesionarios, el Estado,los dueos del terreno superficial, los titulares de pertenencias mineras y las partes de loscontratos de operacin petrolera o empresas autorizadas por ley para la exploracin yexplotacin de hidrocarburos, y los titulares de derechos de aprovechamiento de aguas, entodo lo relacionado con la exploracin o la explotacin de la energa geotrmica; y, lasfunciones del Estado relacionadas con la energa geotrmica. Queda pendiente la traduccin alingls de este documento, con el fin de minimizar barreras de entrada de inversionistasextranjeros en este mbito.

En algunos pases existen marcos regulatorios especficos que fomentan el desarrollo delas energas renovables para la generacin de electricidad. Este es el caso de Alemania, dondea estas fuentes de generacin se les reconoce un precio predefinido con un nivel de subsidioque hace atractivos los proyectos desde el punto de vista econmico. A modo de ejemplo, unaherramienta regulatoria que ha potenciado la investigacin y entrada de proyectos GT yrenovables en general en algunos estados de USA, es la exigencia a las empresas degeneracin de asegurar un porcentaje de su generacin con energas renovables. Asimismo, en


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distintos sistemas se ha asegurado la inyeccin de energa de fuentes renovables entregndoleprioridad en el uso de los sistemas de transmisin. En distintos pases se ha impulsado enforma explcita el desarrollo inicial de estas tecnologas a travs de programas deinvestigacin y desarrollo.

En este contexto, es relevante tener claridad sobre la propiedad renovable de la energageotrmica. Actualmente existe polmica por la categora de energa renovable que se leatribuye a la energa geotrmica, entendindose por sta, aquella forma de energa derivada deprocesos naturales que son reestablecidos constantemente [20, 21]. La energa geotrmica esconsiderada una fuente de energa renovable, en tanto la tasa de extraccin de calor y/o aguasea menor a la tasa de reposicin por parte de la tierra. Una vez agotada una fuente degeneracin geotrmica, la restauracin de sus condiciones trmicas puede durar entre 30 y 200aos. Asimismo, en yacimientos geotrmicos, donde no se reinyecta el agua utilizada, la

posibilidad de utilizacin del recurso vapor de agua necesario en el proceso puede agotarse,quedando inutilizado el yacimiento. Este punto puede ser de gran relevancia para el fomentode este tipo de proyectos, en funcin de un marco regulatorio que realice un tratamientoparticular a fuentes de generacin con energas renovables. Es decir, debido a lo relativo de ladefinicin de energas renovables, es conveniente explicitar los tipos reconocidos a nivelreglamentario [1].

Cabe sealar que desde la fase de exploracin hasta la explotacin de un yacimiento GT,usualmente se requiere de 5 aos. Debido a esto, para el caso de Chile tiene sentido realizaruna simulacin operacional de estas unidades en el marco de la denominada Ley Corta, quedebiera estar vigente a la fecha de explotacin del yacimiento.

Un aspecto ventajoso en el anlisis operacional, es el hecho de que el sector elctricochileno se caracteriza por un nivel de coordinacin alto, como consecuencia natural de lascaractersticas de la tecnologa de generacin y transmisin de energa elctrica. Sumado a loanterior, la estructura de mercado basada en un Pool con costos auditados defineprocedimientos formales para la formacin de precios en el sector.

Un aspecto regulatorio que condiciona el desarrollo del negocio de la GT es la existenciade restricciones sobre la propiedad de empresas con este giro, es decir, generacin de vapory/o generacin de electricidad.

2.1.3 Aspectos Medioambientales

El uso de tecnologa GT es un medio eficiente para minimizar la contaminacin en laproduccin de energa. Una planta de este tipo produce 1/6 de las emisiones de CO2 de unacentral trmica a gas natural por kWh producido, por lo que generalmente cumple con los


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lmites de emisin establecidos [1]. Este tipo de yacimientos utiliza vapor cuya composicinincluye gases no condensables, tales como CO2, H2S, NH3, CH4, N2 y H2 en valores entre2.5 y 47 g/kg (gramos de contaminante por kg de vapor). Adems, este tipo de centrales nocontamina (NOx) ni (SOx) [23]. El Acido sulfdrico H2S es el contaminante de mayorpreocupacin en centrales GT. Su concentracin, en el vapor extrado del yacimiento oscilaentre 0.1 y 1.5 g/kg en distintas plantas generadoras en el mundo, mientras que las emisioneslo hacen entre 0.5 y 6.8 g/kWh [23]. Sin embargo, no se ha establecido una relacin directaentre las emisiones de H2S y el fenmeno de lluvia cida [23]. De acuerdo a informacinpreliminar estudiada para el caso chileno, se estima que los niveles de concentracin de loscontaminantes se encontraran por debajo de los promedios internacionales [20]. En estecontexto, el problema de contaminacin del aire no aparece como crtico en los proyectosgeotrmicos

La tecnologa de GT Flash sin reinyeccin de agua es la que provoca mayores niveles deemisin de los contaminantes antes mencionados. Una medida eficiente, desde el punto devista de contaminacin del aire, es utilizar un mecanismo de reinyeccin en la tecnologaFlash, con lo cual se reduce de manera drstica las emisiones. Este aspecto es de especialimportancia en Chile, dado que se tienen antecedentes de un posible uso de tecnologa Flashsin tener detalles sobre el tratamiento del vapor extrado. Adicionalmente, la reinyeccin delvapor utilizado en la generacin de energa elctrica en forma de agua, es un aspecto crticodesde el punto de vista ambiental. El dficit de agua en el yacimiento puede provocarhundimiento de terreno y una disminucin de la vida til del yacimiento. El tratamiento de lasaguas residuales del proceso de generacin GT, puede constituir un aspecto ambiental crticoen la medida que afecte napas o el abastecimiento de agua potable.

Estas cifras se ven mejoradas con el uso de tecnologa de ltima generacin en GT(particularmente binaria) y su impacto se ve disminuido en yacimientos que usualmente seencuentran alejados de conurbaciones. En este contexto, las centrales de tipo binario,presentan ventajas importantes respecto de contaminacin atmosfrica, al no exponer los gasescontaminantes a la atmsfera. Esta caracterstica podra tener importancia en pases donde seha implementado la transaccin de bonos o cupos de emisin para gases de efectoinvernadero.

2.1.4 Nivel de Penetracin de Mercado

El nivel de penetracin y potencial de la geotermia a nivel mundial se puede encontrar endiversas fuentes y utilizando distintos ndices, no siempre coincidentes. Sin embargo, existeconsenso en que la produccin de electricidad mediante el uso de geotermia no haexperimentado un crecimiento importante en la ltima dcada, con un crecimiento anualpromedio de cerca del 1% [21]. A continuacin, se entrega un conjunto de referencias que


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sostienen las conclusiones de esta seccin, en lo que se refiere a aplicaciones de GT para lageneracin de electricidad1 :

La geotermia actualmente es la tercera fuente de mayor importancia de energa primariarenovable con un 9.3%, despus de las plantas hidrulicas (35.6%) y de la biomasa slidacon un 45.4% [21].

En el mundo existen alrededor de 8000 MWe y 4000 MWt de potencia GT instalada. Deestas cifras, en 18 puntos de extraccin, 2800 MWe y 600 MWt se ubican en EstadosUnidos de Norteamrica (USA) [1, 12]. USA produce un 44.6% (14678 GWh) de laenerga geotrmica elctrica del mundo en el ao 2000, seguido de Mjico (5901 GWh) eItalia (4705 GWh) [21].

En USA la produccin elctrica mediante geotermia ha disminuido de 16525 GWh en1990 a 14678 GWh en el ao 2000. Sin embargo, pases como Islandia han presentadotasas de crecimiento de 16.7% pasando de 283 GWh a 1323 GWh en igual periodo [21].

La mayor planta de generacin geotrmica est ubicada en la parte norte de California,USA. Esta planta alcanz su mximo de potencia instalada en 1989 con 1967 MWe. Estacapacidad ha declinado a cerca de 1100 MWe en el 2000 [1, 12].

Se argumenta que el nivel de penetracin puede ser mejorado sustancialmente en lamedida que exista una cultura en su uso, que permita aprovechar y prolongar al mximo la

utilizacin del recurso.

Los beneficios de la opcin geotrmica son de mediano plazo, por lo que es necesarioentregar un marco regulatorio estable y claro para la exploracin y explotacin de losyacimientos [1].

En USA, los estados con mayor cantidad de instalaciones de GT son California (7.3% dela demanda), Nevada y Utah; con gran potencial en los estados de Idaho [2], New Mexico,Arizona, Oregon y Wyoming. Se espera que en la prxima dcada se desarrollen proyectospor 15000 MWe en USA [1]. Actualmente, la geotermia corresponde a nivel de USA a un

0.4 % de la energa elctrica consumida.

Actualmente, la GT representa alrededor el 0.26% de la capacidad de generacin elctricainstalada a nivel mundial [1, 21].

1 En la bibliografa se encuentra el nombre del documento o directorio aludido que es parte de la base de datos deeste estudio.


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Existe una cantidad importante de grupos econmicos asociados a GT. Informacindetallada se encuentra en: U.S. Department of Energy Renewable Electric PlantInformation System (REPiS Database) online y Global Energy Marketplace [13]. Parabuscar fabricantes de estas tecnologas se recomienda utilizar el buscador de James &James (Science Publishers), the World Renewable Energy Suppliers and Services. En USApueden mencionarse las siguientes empresas lderes: Calpine Corporation, CaithnessEnergy, Cal Energy Company (a subsidiary of Mid American Energy Holding Company),Ormat International, Inc. [12].

A nivel Latinoamericano, la experiencia de Nicaragua es de inters. Los primeros estudiospara aprovechar la energa geotrmica se iniciaron en Nicaragua a finales de los aos '60,para tomar un gran impulso a partir del ao 1973, cuando la crisis del petrleo impactnegativamente en la balanza comercial del pas. La explotacin comercial de este recurso

comenz en el ao 1983, con la puesta en operacin de la planta geotrmica deMomotombo, la cual tiene actualmente una capacidad de 70 MW. Para la integracin deeste recurso se desarroll un plan maestro que inclua todos los aspectos regulatoriosnecesarios. Los recursos geotrmicos en este pas se calculan en 3000 MWe [6, 8]. Eldesarrollo actual de la geotermia en Nicaragua se ve fuertemente comprometido por lafalta de inversin en el sector, lo que ha llevado a paralizar y a operar en forma defectuosainstalaciones existentes [7, 16].

A nivel sudamericano se dispone de la siguiente informacin: el desarrollo en Argentina esmuy bajo, limitndose a plantas experimentales [9]. En Ecuador, existe 1 proyecto GT dealgunos MWe para los prximos 10 aos.

Segn estudios de la Universidad de Chile, el potencial GT en Chile es de 16000 MWe[11]. A modo de comparacin, el potencial geotrmico en USA est calculado en 40000MWe [12].

Cabe sealar que en otros mbitos, el uso de la GT se ha masificado en algunos pases.A modo de ejemplo, el 86% de los hogares en Islandia es calefaccionado a travs de 200 redesde distribucin de calor de fuentes GT. Este pas presenta las mayores tasas de crecimiento enel desarrollo de la GT.

Como una forma de visualizar la utilizacin de este recurso a nivel mundial, la siguientetabla resume la capacidad instalada de generacin de Energa Geotrmica por pas expresadaen MWe [6, 29].


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Tabla 1: Energa Geotrmica en el mundo

Country Year 1990 1995 1998

Argentina 0.67 0.67 0Australia 0 0.17 0.4

China 19.2 28.78 32

Costa Rica 0 55 12 0

El Salvador 95 105 10 5

Francia (Guadalupe) 4.2 4.2 4.2

Grecia 0 0 0

Guatemala 0 0 5

Islandia 44.6 49.4 14 0

Indonesia 144.75 309.75 589.5

Italia 545 631.7 768.5

Japn 214.6 413.7 53 0

Kenia 45 45 45

Mxico 700 753 74 3

Nueva Zelandia [14] 283.2 286 34 5

Nicaragua 70 70 70

Filipinas 891 1191 1848

Portugal (Azores) 3 5 11

Rusia 11 11 11

Tailandia 0.3 0.3 0.3

Turqua 20.4 20.4 20.4

USA 2774.6 2816.7 2850

Totales 5866.72 6796.98 8240

Referencia en sitio web: http://www.eren.doe.gov/geothermal/geysers.html

Asimismo, en la siguiente tabla se resumen caractersticas de proyectos especficos anivel mundial y se entrega de detalles de las empresas fabricantes.


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Tabla 3: Evolucin mundial de capacidad instalada de energa GT

2.2 Energa Elica

2.2.1 Antecedentes Generales

La tecnologa de turbinas elicas se ha desarrollado rpidamente en los recientes aos y esahora considerada capaz de generacin confiable en un perodo de vida de la planta sobre los15 a 20 aos. En sitios apropiados, pueden alcanzarse costos de generacin competitivos confuentes convencionales. Puede suponerse que los costos de electricidad elica generada sereduzcan por algn tiempo como consecuencia de turbinas ms econmicas y efectivas:

pueden esperarse futuros mejoramientos en eficiencia, pero los mayores adelantos seencontrarn en la reduccin de costo de la turbina, a travs de rotores avanzados, ligeros yflexibles y uso de mejores materiales. A largo plazo slo los sitios de menor calidad de vientoirn quedando disponibles, lo que har subir los costos de generacin, aunque todava en eseescenario los parques elicos sobre plataformas martimas podran ser tcnica yeconmicamente factibles y se esperara reemplazar las instalaciones basadas en tierra comomedios primarios para explotar la energa elica.

Tomando como ejemplo el Reino Unido, ahora se est operando con ms de 100 MWelicos, lo que evidencia que la energa elica est siendo tomado seriamente, aunque todavaa un bajo nivel comparado con la instalacin de las nuevas plantas convencionales

(principalmente CCGT).

La energa elica, en conjunto con otras fuentes (olas, marea y energa solar), es unafuente fluctuante. Las variabilidad en los campos de viento generan variaciones en la salidacon una escala de tiempo de segundos a minutos, los niveles medios varan del da a la noche(variacin diurna) y con los sistemas frontales (variacin sinptica). Finalmente, los valoresmedios anuales pueden variar de ao a ao (tpicamente 10%). Esta caracterstica de


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variabilidad de la energa elica es, sin embargo, menor a otras tecnologas convencionalescomo la hidrulica, en donde la variabilidad entre perodos hmedos y secos es mayor.

Trabajos en la integracin a gran escala de la energa elica, dentro de la Red Nacional(Inglaterra y Gales) fueron primero emprendidos por la entonces CEGB, y por la UniversidadReading en conjunto con el laboratorio Rutherford Appleton (RAL) . Un nmero importantede estudios fueron publicados a principios de los aos setenta. Las conclusiones de aquellosestudios iniciales indicaban que de un 10 a un 20 % de la electricidad de la red podra sersuministrada por energa elica sin quiebres significativos en la operacin de la plantaconvencional en el sistema. A esos niveles de penetracin de la tecnologa elica lasvariaciones de viento, y su correspondiente variacin en la potencia generada, tienden a serabsorbidas por el sistema sin mayor problema.

Las costos asociados con grandes ciclos de partida/detencin de plantas convencionales,resultante de variaciones en entrada elica fueron incluidos en el anlisis, as como un ciertonivel de re-optimizacin de plantas mixtas. Estas se encuentran formadas por unidades elicasoperando en conjunto con unidades trmicas diesel o similares con respuesta rpida avariaciones de carga. Es el esquema ms usual en sistemas aislados.

Ms recientemente, la atencin ha sido enfocada a la potencia firme, la cual puede seratribuido a la energa elica. Esto ha sido difcil de establecer, debido a la creencia de algunaspersonas de que la energa elica es intermitente y, por lo tanto, no se puede confiar de queest disponible en tiempos de gran demanda, y en consecuencia no tendra valor de capacidad.Esto proviene de una falta de entendimiento de la naturaleza estadstica de la potencia firme.

De hecho puede ser demostrado que por penetraciones bajas la planta elica tiene un valor decapacidad equivalente a la salida promedio de la planta. Dependiendo de las circunstanciasest usualmente entre un tercio y la mitad de la capacidad tasada.

La revisin del estado del arte en energa elica (sobre plataformas martimas oterrestres) indica que ella puede contribuir sin dificultades tcnicas, en un porcentajeimportante de la electricidad requerida en los pases con mayores cualidades de recursos deviento. Esto se hace mas notorio si se adopta a futuro un enfoque orientado a la participacinde los consumidores en la operacin del sistema ( demand side management). Un ejemplo deesto puede encontrarse en algunos pases europeos en donde los consumidores pueden elegir latecnologa que desean comprar para satisfacer sus necesidades energticas. As, an cuandoresulten algo mas caras que las convencionales, un porcentaje de la poblacin optar por ellasdebido a consideraciones ambientales.


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2.2.2 Aspectos Regulatorios

Se estima que los siguientes aspectos pueden ser de importancia para la construccin deparques elicos

o Altura mxima de torres y sealtica conforme a lo exigido por la Direccin deAeronutica,

o Servidumbres de los terrenos de emplazamiento,o Ruido y vibraciones conforme a regulacin ambientalo Impacto con cosmovisin o manejo territorial de culturas nativas.

2.2.3 Aspectos Medioambientales

La energa elica aunque limpia en emisiones tiene impactos visuales y de ruido. El impactovisual es inevitable, especialmente si los sitios ms ventosos son a menudo paisajes de altovalor. No toda la gente encuentra las turbinas poco atractivas visualmente y muchas puedenser ubicadas de cierta manera para minimizar el impacto visual. Grandes parques elicos(conjunto de un gran nmero de mquinas similares) tal vez no siempre son apropiadas.Algunos paisajes, incluso aquellos con cualidades escnicas particulares, podran seradaptados a turbinas individuales, en parques por ejemplo, o quiz en pequeos gruposconcentrados.

El ruido puede ser un problema si las turbinas estn situadas demasiado cerca deviviendas. Sin embargo, la seleccin del emplazamiento puede ayudar a mitigar su efecto. Porotra parte, dado que el ruido est en general relacionado a una prdida de potencia, se esperaque en el futuro un mejor entendimiento de la generacin del ruido de turbinas, resultaran endiseos ms silenciosos. La naturaleza muy subjetiva de la percepcin de ruido hace que esteproblema no pueda ser descartado. Por otra parte, las afirmaciones de que las turbinas elicas"suenan como helicpteros" carecen de fundamento. Otros impactos ambientales, tales comola interferencia electromagntica y los efectos en la vida de aves y animales son relativamentebajos.

2.2.4 Nivel de Penetracin de Mercado

En los ltimos aos se ha producido un crecimiento importante de la generacin elica en todoel mundo, este crecimiento hace prever que en un par de dcadas, el 12% de la produccinmundial de electricidad tendr su origen a partir de los recursos elicos. En el caso de Europase espera que este porcentaje llegue al 20% [32 ].


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Desde el punto de vista de integracin al sistema, segn estudios realizados, se estimaque no existen obstculos sustanciales para que la energa elica alcance porcentajes depenetracin de mercado del 20% [32]. Para quienes apoyan este tipo de tecnologas, esta cifraes incluso conservadora, al respecto la experiencia prctica obtenida en la zona occidental deDinamarca muestra que es posible alcanzar niveles punta de hasta el 50% durante perodos demucho viento.

En Gran Bretaa pueden constituir hasta un 20%, a pesar de la desventaja que apareceen sistemas puramente trmicos donde las variaciones de carga de las fuentes elicas, debido ala variabilidad de los vientos, exige que el resto del sistema provea las diferencias en formamuy rpida, con desfases breves. En sistemas hidrotrmicos estas variaciones no constituyenun problema ya que pueden ser absorbidas por las generadoras del sistema, en especial por lasunidades hidrulicas.

2.2.5 Experiencia Chilena: Central Alto Baguales

Durante el presente proyecto, en numerosas oportunidades se ha considerado como referenciala central de generacin elica Alto Baguales. La central elica Alto Baguales en operacindesde noviembre de 2001 es de propiedad de la empresa SAESA y se encuentra situadaaproximadamente a 5 Km. de Coyhaique. Cuenta con una capacidad instalada deaproximadamente 1980 [MW] distribuida en tres turbinas elicas idnticas de 660[KW] cadauna. Esta central elica representa aproximadamente el 10% de la capacidad total instalada en

el Sistema de Aysn.

A. CARACTERSTICAS TCNICAS

Las turbinas del parque corresponden al modelo V47-660KW de la empresa VESTAS congeneradores situados a una altura de 40 metros sobre el nivel del suelo.

Las turbinas poseen generadores asncronos de velocidad variable y estn diseadas paraoperar directamente conectadas hacia la red con frecuencia de 50 [Hz]. Puesto que las turbinas

generan a un nivel de tensin de 690 [V] deben conectarse al sistema a travs de untransformador elevador de tensin de 690/33000 [V].

Las turbinas poseen sistemas de control de potencia de tipo aerodinmico y elctrico,cuentan con un sistema aerodinmico tipo pitch que le permite orientar las aspas para un mejoraprovechamiento de los vientos. Adicionalmente, los aerogeneradores cuentan con un sistemade control OptiSlip, que bsicamente consiste en controlar el deslizamiento del generador en


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un rango del 1% al 10% variando el valor de la resistencia rotrica. De este modo se puedetener una velocidad de giro variable entre las 1515 [RPM] y las 1650 [RPM].

Otras caractersticas tcnicas de las turbinas corresponden al dimetro del rotor quealcanza los 47 metros (tres aspas) y la velocidad de giro que alcanza las 28,5 [RPM]. Lasvelocidades de cut-in (entrada) y cut-out (salida) son de 4 [m/s] y 25[m/s], y la velocidad parapotencia nominal es a partir de los 15[m/s].

Para el correcto control de reactivos, cada unidad cuenta con un banco de condensadoresde cuatro pasos inteligentemen

simulacion geotermica eolica

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