Centrales 1- Cap. 1-2.docx

8/17/2019 Centrales 1- Cap. 1-2.docx

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CAPITULO 1

PROYECTO DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

EL ESTUDIO DE UNA CENTRAL ELECTRICA

Las etapas de los estudios de una central eléctrica son las siuientes!

1"# Estudios Preli$inaresLos estudios preli$inares tienen por o%&eti'o identi(icar) seleccionar *apreciar los sitios suscepti%les de satis(acer una cierta de$anda de ener+aen una rei,n deter$inada" Consisten de las siuientes partes!

1.1 Acopio de datos!El responsa%le de esos estudios de%e reunir datos e in(or$aci,n relati'os alpro*ecto del! propietario) o%iernos locales o reionales) ser'icioseor-(icos o $etereol,icos) la industria * los eneradores de electricidad"La in(or$aci,n a reunir de%e co$prender las siuientes -reas!• Situaci,n de la eneraci,n * distri%uci,n de ener+a

• .ercado eléctrico

• Cartora(+a) (otora(+a aérea

• Cli$atolo+a e /idrolo+a

• 0eolo+a• .edio a$%iente * sociolo+a

• Leislaci,n) rela$ento) etc"

1" E'aluaci,n de la de$anda de ener+aLa e'aluaci,n de la de$anda de ener+a per$ite precisar el conte2totécnico en la 3ue ella se sit4a!

• Red aislada o interconectada

• Sustituci,n de una unidad tér$ica o co$%inaci,n con una de ellas paraaseurar el su$inistro de ener+a"

Este estudio per$ite conocer una pri$era esti$aci,n de la potencia $-2i$ainstant-nea * de la potencia $edia" 5i&a los o%&eti'os eneréticos para la'ida 4til de la central 3ue per$iten conocer la e'oluci,n de la $-2i$ade$anda * de la ener+a"

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1"6 Estudios en el terreno

Estos estudios per$iten conocer las condiciones naturales del sitio paraapreciar el rendi$iento enerético * las posi%ilidades del e3uipa$iento"Partes!

1"6"1 Estudios /idrol,icos A partir de los datos acopiados o por correlaci,n de reiones 'ecinas decaracter+sticas an-loas se deter$ina!• Los caudales de a'enida

• Los caudales de estia&e

•

Los caudales $edios $ensual

Con estos datos se tra7a las cur'as cronol,icas * de persistencia para una8o $edio) a8o seco * a8o /4$edo" Si es posi%le se de%er- deter$inar eltransporte de s,lidos en el aua"

1"6" Estudios topor-(icos * eol,icos A partir de las cartas * (otos aéreas se pueden u%icar sitios 3ue $uestren!• La cuenca de aporte

• La altura del salto• La posi%ilidad de accesos

• La distancia al centro de consu$o

• El interés topor-(ico

• Caracter+sticas eol,icas * eo$or(ol,icas

• Las condiciones de aducci,n * deri'aci,n de las auas

• Las condiciones de los accesos

1"9 Di$ensiona$iento de o%ras

El responsa%le de los estudios procede a di$ensionar las o%ras con lossiuientes pasos!

1"9"1 C-lculo preli$inar La pri$era operaci,n consiste en calcular la potencia $edia del sitio a

partir de los caudales anuales * de la altura del salto" El dise8o preli$inar

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de la central de(ine la u%icaci,n de la represa) o%ras de to$a) deconducci,n * de eneraci,n"

En esta etapa se u%ica los e$%alses) las o%ras de to$a) de conducci,n *

de eneraci,n reali7ando un dise8o preli$inar" Se deter$ina el n4$ero derupos de la central 3ue depende de la e'oluci,n de la de$anda deener+a) de la cur'a de cara * del tipo de $-3uina a utili7ar"

1"9" Opti$i7aci,n de los dise8osEn este ni'el del estudio se de%e opti$i7ar los siuientes dise8os!

• El 'olu$en del reser'orio de reulaci,n

• La u%icaci,n * caracter+sticas de(initi'as de las o%ras de conducci,n

• Las caracter+sticas de los rupos de eneraci,n

1"9"6 Estudio econ,$icoEl costo de la central se esti$a de acuerdo a $ercado o por co$paraci,n

de instalaciones an-loas" El an-lisis econ,$ico deter$ina la tasa derenta%ilidad en relaci,n a la ener+a de sustituci,n"

1": Conclusi,n del estudio preli$inar

Estos estudios aportan al in'ersionista los ele$entos necesarios para to$ar

una decisi,n 3ue puede ser la siuiente se4n el caso!• La e&ecuci,n de los estudios de (acti%ilidad

• A%andonar el pro*ecto si el costo de la ener+a producida es neta$entesuperior al costo o(recido por otros $edios de sustituci,n

• La %4s3ueda de otra alternati'a de u%icaci,n para la central

• La preparaci,n del antepro*ecto detallado"

" Los estudios de (acti%ilidad

Tienen por o%&eto reunir todos los ele$entos necesarios para la to$a dedecisi,n de inicio de o%ra; deter$inan el di$ensiona$iento ,pti$o dele3uipo electro$ec-nico) el cronora$a de e&ecuci,n de tra%a&os * elprora$a de operaci,n de la central" Co$prenden la conclusi,n de losestudios en el sitio) el estudio econ,$ico (inanciero) procedi$ientosad$inistrati'os * estudio de i$pacto a$%iental" Constan de !

"1 In'estiaciones * encuestasLas encuestas e in'estiaciones preli$inares se co$pletan en las

siuientes -reas!

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3

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• El $ercado eléctrico

• El i$pacto so%re el $edio a$%iente

• Las restricciones de uso en el aua co$o caudales reulados) propiedadde terrenos) 7onas inunda%les) etc"

• Las '+as de acceso• El derec/o de paso de la l+nea de trans$isi,n de salida"

• Disponi%ilidad de $ano de o%ra local

• Costo de construcci,n local * disponi%ilidad de $ateriales

" Estudios en el sitioLos estudios preli$inares de%en co$pletarse por especialistas) tales co$o/idr,loo) top,ra(o * e,loo

"6 In(or$aci,n %-sica para la ela%oraci,n del antepro*ecto detallado

"6"1" Hidrolo+a ! se de%e conocer la siuiente in(or$aci,n!• Cur'as de caudales de a'enida) estia&e

• Contenido de s,lidos en el aua) p/

"6" Topora(+a!• Super(icie de la cuenca

• Ni'eles de los sitios de la central

• Altura de la ca+da• Super(icie * 'olu$en del represa$iento! si lo /a*

•


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": Estudio Econ,$ico * =5inancieroEstos estudios tienen por o%&eti'o precisar la renta%ilidad de la in'ersi,npro*ectada de acuerdo a los criterios /a%ituales * de de(inir el precio de'enta de la ener+a producida"

":"1 Estudio Econ,$icoEste estudio tiene por o%&eto!• Deter$inar los costos de in'ersi,n) de e2plotaci,n) de reee$pla7o de

los $ateriales de uso r-pido" Estos costos de%en deter$inarse para cadaa8o de 'ida la central"

• Deter$inar los inresos 3ue producir- el pro*ecto esti$ados a partir delas potencias aranti7adas * de punta as+ co$o de las pro*ecciones deener+a"La 'alori7aci,n de la ener+a se /ar- so%re la %ase del precio

de la ener+a de sustituci,n tér$ica"Con estos resultados se puede deter$inar la renta%ilidad del pro*ecto *reali7ar el estudio (inanciero"

":" Estudio 5inancieroTiene por o%&eto deter$inar el precio de 'enta pro$edio de la ener+a'endida a los consu$idores" SE de%e tener en cuenta los astos anuales)los c4ales se co$paran con las tari(as e2istentes para 'er si /a%r- 3ueconsiderar o no su%'enciones"

"> Estudio de I$pacto A$%ientalSe deter$ina los e(ectos del pro*ecto en la aricultura) pesca) (auna)los r+osantes de la central) la salud p4%lica) el turis$o etc"

6" Estudio De(initi'o ! ?Antepro*ecto Detallado@

Este estudio tiene por o%&eto poner a punto los docu$entos * preparar la

in(or$aci,n para la licitaci,n del pro*ecto) $etrados de(inidos de o%ra)cronora$as de e&ecuci,n) estudios de ci$entaciones) planos de $onta&eelectro$ec-nicos * de detalle" Sus partes principales son!

6"1 O%ras de to$a) conducci,n * restituci,n

Se deter$ina el di$ensiona$iento (inal de la c/i$enea de e3uili%rio)%ocato$as * canales"

6" Central * su%estaci,n de salida

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En este estudio se precisa las caracter+sticas principales de los ruposeneradores) posici,n de(initi'a de e&es) caracter+sticas de $arc/a de losrupos en estado esta%le * transitorio) reulaci,n de 'elocidad * de 'olta&e)

procedi$iento de $onta&e de los rupos) cronora$a de tra%a&o) dise8o desiste$as au2iliares) de(inici,n de las protecciones de rupo) es3ue$a de lasu%estaci,n de salida) red de tierra * co$unicaciones"

6"6 Cronora$a de tra%a&os

De%er- ser coordinado con los (a%ricantes de e3uipo electro$ec-nico *contratistas de o%ra ci'il"

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CAPITULO

ESTUDIO DE LA DE.ANDA DE POTENCIA Y CONSU.O DE ENER0IA

En este cap+tulo se presenta la $etodolo+a para deter$inar la $-2i$ade$anda de potencia * la ener+a producida por la central para cada a8o de'ida 4til de la $is$a" Se utili7a in(or$aci,n de tipo de$or-(ica)$acroecon,$ica) de e2pansi,n ur%ana) etc"

1. Diara$a de cara!

Es la r-(ica de la de$anda de potencia acti'a de un siste$a eléctricoaislado) de una red interconectada o de un usuario espec+(ico" Es lapotencia 3ue de%e satis(acer la central eléctrica" Se ra(ica potencia 'stie$po" En la (i" 1 se $uestra un diara$a de cara"

2. Ener+a acti'a ?E@!

.ate$-tica$ente es el -rea %a&o el diara$a de cara" Se deter$inaanal+tica$ente $ediante $étodos nu$éricos o r-(ica$ente con unplan+$etro" En la pr-ctica la ener+a se $ide con contadores de ener+a enla su%estaci,n de salida de la central" Sus unidades son! ./ o B/"

3. Potencia $edia ?P$@!

Es el 'alor $edio del diara$a de cara para el $is$o periodo de an-lisis"Sus unidades son! . , B

4. Potencia $-2i$a o .-2i$a de$anda ?.D@!

Es el 'alor $-2i$o o pico del diara$a de cara"

5. 5actor de cara ?5c@!Es el cociente entre la potencia $edia * la $-2i$a de$anda de un $is$odiara$a de cara"

P$

5c #########

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7


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.D

6. 5actor de planta ?5p@Es el cociente entre la ener+a producida por la central * la $-2i$a ener+a

produci%le por la central en el $is$o periodo de tie$po"

E5p #############

PI 2 T

7. Potencia instalada ?PI@! De(inici,nSe de(ine co$o la su$atoria de las potencias de placa de los rupos deeneraci,n de una central o de los e3uipos instalados en una caraindustrial) co$ercial) etc"

∑= placas Pot PI .

8. Potencia aranti7ada o (ir$ePotencia 3ue puede entrear la central en cual3uier $o$ento""1En centrales tér$icas!

P ?F" # F"G@ PI

"En centrales /idr-ulicas! Est- deter$inada por el caudal apro'ec/a%le"Su $a*or 'alor es iual a la potencia instalada"

9. 5actor de utili7aci,n ?5u@!Est- de(inido co$o el cociente de la $-2i$a de$anda entre la potenciainstalada"

.D

5u ###########PI

10. Horas de utili7aci,n ?HU@!Se de(ine co$o el n4$ero de /oras 3ue la central de%e operar con unapotencia iual a la $-2i$a de$anda en (or$a constante para producir la$is$a ener+a del diara$a de cara"

HU = E

MD

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8

8


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11. Potencia rodante o Reser'a rodanteEs la potencia de la $-3uina o $-3uinas listas a entrar en el $o$ento de la$-2i$a de$anda

12. Reser'a de potenciaSe e'al4a para cada a8o de 'ida 4til de la central * est- de(inida por lasiuiente e2presi,n!RPi PI # .di

13. Reser'a de ener+aEn centrales tér$icas est- constituida por la $asa de co$%usti%leal$acenada" En centrales /idroeléctricas est- constituida por los'ol4$enes de aua al$acenados en reser'orios o represas"

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9

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HORA

POTENCIA

kw

0 3800

1 2200

2 2000

3 1900

Potenci

4 1800

5 1800

6 2000

7 3000

8 4100

9 560010 6900

11 6100

12 6050

13 5000

14 6200

15 6700

16 7600

17 10000

18 9300

19 900020 8700

21 8500

22 7200

23 6000

24 3800

5I0" 1

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PROLE.A # Con los datos de la 5i" 1 deter$inar para el diara$a de caralo siuiente!a@ La ener+a enerada

%@ La potencia $edia del diara$a de carac@ 5actor de cara) (actor de planta)d@ Horas de utili7aci,n

La potencia instalada de la central es de 1)FFF B

Desarrollo! a@ La ener+a se calcula por $étodo anal+tico"

E 161)9:F J/r

kw Pm

Pm

08.5477

24/131450

=

=

456.0

)24*12000/(131450

)24*/(

=

=

=

Fp

Fp

hr PI E Fp

Fc= Pm/ Md

Fc=0.5477

H"U" E K .D

HU 169 9:F K 1F FFF

HU 16"19 /rs

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" Cur'a de duraci,n de potencia ? de persistencia@

Se o%tiene a partir del diara$a de cara arupando todas las /oras en las3ue se presenta deter$inada potencia" Se ordena en (or$a descendente

los reistros del diara$a de cara en las ordenadas * en las a%sisas eln4$ero de /oras 3ue se presentan los 'alores de potencia" El -rea %a&oesta cur'a es la ener+a producida"


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DURACI

ON HRS

POTENCI

A kw

1 10000

2 9300

3 9000

4 8700

potenci

5 8500

6 7600

7 7200

8 6900

9 6700

10 6200

11 6100

12 6050

13 6000

14 5600

15 5000

16 4100

17 3800

18 3800

19 3000

20 2200

21 2000

22 2000

23 1900

24 1800

6" .étodos de c-lculo de la $-2i$a de$anda

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13

13


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Deter$ina la 'ariaci,n de la potencia en el tie$po con o%&eto de conocer lapotencia instalada 3ue de%er- tener la central" Se de(inen las 'aria%lessocioecon,$icas * de$or-(icas) se cuanti(ican los indicadores 3ue nos

per$itan $edir el e(ecto de las 'aria%les so%re la de$anda de ener+a" Estas'aria%les son!

• La po%laci,n actual

• La tasa de creci$iento po%lacional

• El consu$o pro$edio de ener+a anual de los di(erentes tipos de usuarios"

• La distri%uci,n de cara entre los usuarios! Do$ésticos) Co$erciales)Pe3ue8a Industria) Caras especiales) Alu$%rado p4%lico) etc"

6"1 .étodo estad+stico !Re3uiere contar con series /ist,ricas de datos para reali7ar una

pro*ecci,n $ediante cur'as $ate$-ticas 3ue pueden ser!a@ P! Cur'a Potencial! de la (or$a!

Y a2% o % 1

%@ P6! Cur'a Potencial! de la (or$a!

Y a2% % M 1

c@ P9! Cur'a e2ponencial de la (or$a!

Y a%2

% M F

d@ P:! Cur'a lineal de la (or$a!

Y a %2 % M F

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6" .étodo de los +ndices ! Se re3uiere conocer!a@ Indices eneréticos tales co$o K/a%; Kconsu$idor; K$;J/K/a%; B/Kconsu$idor; etc" Para la aplicaci,n de este $étodo sere3uiere pro*ecci,n de la po%laci,n"

9" Pron,stico de la de$andaEsta $etodolo+a es aplica%le a pe3ue8as localidades"

9"1 De$anda de Ser'icio particular * alu$%rado p4%lico!Se e$plean ecuaciones de tipo e2ponencial cu*os par-$etros se

calculan a partir de datos /ist,ricos de localidades socioecon,$ica$entesi$ilares 3ue *a cuentan con ser'icio eléctrico" La ecuaci,n es de lasiuiente (or$a!

Y a 2% ?

1@

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Donde! Y! Consu$o anual por a%onado en ! B/Ka%onado! N4$ero de a%onados do$ésticos

a * %! par-$etros a deter$inar

En %ase a datos /ist,ricos estos se a&ustan a una ecuaci,n $ediantean-lisis de reresi,n lineal" Si to$a$os loarit$o natural a a$%os ladosde la ecuaci,n ?1@ tene$os!

ln ?Y@ ln ?a@ %ln ?2@ n n4$ero de datos

Se plantea la ecuaci,n lineal de la (or$a! Y a %2

Donde! Y ln Ya ln a2Q ln 2

Lueo de aplicar el $étodo de reresi,n lineal se deter$ina los 'aloresde a * %"

Pro%le$a! A&ustar los siuientes datos de consu$o anual deener+a en J/Ka%onado 's n4$ero de a%onados de unalocalidad de caracter+sticas socioecon,$icas si$ilares a las de elpo%lado en estudio; $ediante reresi,n lineal a una ecuaci,n de la

(,r$ula!

Y A2%

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:" Deter$inaci,n de la .-2i$a De$anda para cada a8o de estudio de laC"H"

:"1 Ener+a de ser'icio particular ?A%onados@Esta dado por la siuiente ecuaci,n"

E ?J/KA%on@ ?N a%onados@

B/KA%on" dado por la ecuaci,n pro'eniente del a&uste de cur'a"

N A%onados N 'i'iendas Coe(" electri(icaci,n

donde ! Coe(" electri(icaci,n N A%onadosK N 'i'iendasEste indicador se deter$ina teniendo en cuenta la in(or$aci,nestad+stica de los datos o%tenidos en al ca$po ! se puede considerar!

:" Ener+a de consu$o co$ercialEco$ Consu$o unitario co$ercial No" a%onados co$erciales

No" a%onados co$erciales No" a%onados do$ésticos K?9#@

:"6 Ener+a de consu$o de pe3ue8a industria

E pe3"ind" ?F"F:#F"1F@ E do$:"9 Ener+a de caras especiales!

Est- constituida por el consu$o de las siuientes instituciones!Hospital) cl+nica) coleios) ilesia) co$isar+a) c-rcel) ca$al) localsocial) etc" Para estos casos se de%e conocer la $-2i$a de$anda *las /oras de utili7aci,n de cada consu$idor" La ener+a total ser- la

su$a de las ener+as parciales"

:": Ener+a neta!

E neta E do$ E co$ E pe3"ind" E c"esp

:"> Pérdidas de ener+a!

E perd ?F"F# F"1F@ E neta

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:" Ener+a %ruta!

E %ruta E neta E perd

:" .-2i$a de$anda de potencia!

."D" E %ruta ########### H" U"

H"U" ?:FF # 9FFF @ /rs

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>" 5actores de $ate$-tica (inanciera! Re'isi,n"

No$enclatura! P! Cantidad presenteS! Cantidad (utura

R! Pao peri,dico iuali! Tasa de interésn! N4$ero de periodos

>"1 5actor si$ple de capitali7aci,n

ni P S )1( +=

>" 5actor si$ple de actuali7aci,n

ni

S P

)1( +=

>"6 5actor de capitali7aci,n de una serie

i

i RS

n )1)1(((

−+=

>"9 5actor del dep,sito al (ondo de a$orti7aci,n

)1)1((*

−+= n

i

iS R

>": 5actor de acu$ulaci,n de una serie uni(or$e

))1(*(

)1)1(((

n

n

ii

i R P

+

−+=

>"> 5actor de recuperaci,n de capital

)1)1((

)*)1((*

−+

+=

n

n

i

ii P R

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19

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COSTOS EN CENTRALES ELECTRICAS

6"1 Costos 5i&os

Dependen de la potencia instalada * son independientes de la ener+aproducida"Se di'iden en!

6"1"1 Costos de in'ersi,n• Co$pra de terreno

• Edi(icios) e3uipos electro$ecanicos

• Estudios


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6"6"1 .étodo lineal! Supone 3ue cada a8o se da la depreciaci,n en (or$alineal" El $onto anual depende del $onto re3uerido al (inal de la 'ida 4tilde la central" No considera intereses"

.onto (inal Costo In'" Inicial #


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R G)96

Se puede apreciar 3ue el $étodo (inanciero es $-s con'eniente 3ue el$étodo lineal"

6"9 Precio de 'enta de la ener+a al usuario! Tari(a

En su deter$inaci,n se consideran los costos anteriores $as los costos detrans$isi,n * distri%uci,n) costo de pérdida de ener+a * (inal$ente lasutilidades"

6": Co$paraci,n de alternati'as de eneraci,n

Una C"H" de%e co$pararse con una alternati'a tér$ica de iual potenciaeneral$ente diesel) escoiendo la 3ue sea $-s econ,$ica$entecon'eniente"

Para esto se co$paran los costos re(le&ados a una (ec/a de orien co$4n)durante la 'ida 4til de las centrales" Para una tasa de actuali7aci,n a) uncosto actuali7ado al a8o F se e2presa!

CFi CiK?1 a@n

El costo total de cada alternati'a est- dado por la e2presi,n siuiente!

iC C n

tot ∑= 1 0

La (ec/a de actuali7aci,n es la (ec/a de entrada en ser'icio de la centraleléctrica"

6"> Precio de 'enta de B/ producido

Es el cociente del costo total actuali7ado de cada alternati'a de eneraci,ndi'idido entre la ener+a producida actuali7ada"

Costo B/ Costo total actuali7ado K Ener+a producida actuali7ada

∑+

=n

ia

Ei E

0 )1(

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