CENTRALES HIDROÉLECTRICAS

SESIÓN Nº 2

MAG. JOSÉ MORALES VALENCIA

20010 - I

GENERACIÓN ELÉCTRICA EN EL PERÚ

Central Hidroeléctrica

Central térmica

SUMINISTRO Y DEMANDA DE ELECTRICIDAD

Capacidad instalada

La capacidad de generación instalada de Perú está dividida de manera

uniforme entre las fuentes de energía térmica y fuentes de energía

hidroeléctrica. En 2006, el país tenía una capacidad instalada de 6,7

GW, de la cual el 52% correspondía a la generación térmica y el 48%

a la generación hidroeléctrica, con un porcentaje insignificante de otras

fuentes de energía renovable.

De la capacidad total, el 84% (5,63 GW) entra en el mercado eléctrico,

mientras que el restante 16% (1,03 GW) se genera para consumo

propio.

Sin embargo, la generación eléctrica no está dividida de manera

uniforme entre las dos fuentes principales. En 2006, el 72% de la

generación de electricidad total de Perú provenía de las plantas

hidroeléctricas (la generación total era de 27,4 TWh),[] con plantas

térmicas convencionales que sólo funcionaban durante períodos de

demanda máxima o cuando la producción hidroeléctrica estaba

restringida por fenómenos meteorológicos.

Esta “infrautilización” de la capacidad térmica del país se debe a los

altos costos variables de la generación térmica, en 2004 el margen de

reserva del país se calculaba en 45%. Sin embargo, cuando se

sacaron de la ecuación las costosas plantas térmicas, los márgenes

cayeron hasta el 15%.

En un intento por reducir la dependencia del país de las fuentes

hidroeléctricas, el gobierno peruano ha apoyado una gran inversión en

las plantas generadoras a gas.

El Proyecto de gas de Camisea ha inaugurado la producción de gas

natural en el Perú, con la primera planta generadora a gas de 140 MW

que comenzará a operar a fines de 2007.

El proyecto de Camisea se considera estratégico, ya que se espera

que ayude a reducir el déficit que existe en el equilibrio de la balanza

comercial de hidrocarburos de Perú al reemplazar las importaciones

(principalmente de diésel y GLP) y permitir la exportaciones

(excedentes de nafta y GLP).

Demanda

En 2006, el consumo total de electricidad en el Perú era de 24 TWh, lo

que corresponde a 872 kWh per cápita al año. A continuación se

muestran los porcentajes de consumo para los diferentes sectores

económicos:

Industrial: 66%

Residencial: 24%

Comercial: 19%

Iluminación pública: 3%

Proyecciones de demanda y suministro

Desde el punto de vista de las demandas proyectadas, el Ministerio de

Energía y Minas estimó que la demanda de electricidad aumentaría

entre el 5,6% y el 7,4% al año entre 2007 y 2015.[7] Se esperaba que la

demanda de electricidad per cápita alcance los 1.632 kWh en 2030.[8]

Para cumplir con esta creciente demanda, el Perú previó apoyarse en

el gas natural, que es la opción más competitiva entre los demás tipos

de combustible.

Se esperaba que la capacidad instalada de generación de electricidad

a gas crezca de 0,3 GW en 2002 a 6,0 GW en 2030. Sin embargo

dicha proyección fue superada ampliamente, en la actualidad la

generación eléctrica a partir de este combustible supera el 30% de

participación en la matriz energética peruana pudiendo llegar a 45%

inclusive, dependiendo de la época del año.

SISTEMA INTERCONECTADOS

El cuadro Nº.1. presenta la información disponible de las centrales hidroeléctricas que actualmente operan en el Sistema Interconectado Centro Norte.

Cuadro Nº. 1.

El cuadro Nº.2.4 presenta la información disponible de las centrales termoeléctricas que actualmente operan en el Sistema Interconectado Centro Norte.

Cuadro Nº. 2.

GENERACIÓN ELÉCTRICA EN EL PERÚ POR TIPO DE FUENTE

CUADRO Nº 2.2A POR TIPO DE FUENTE ENERGETICA

TIPO GW/H %TERMICA 11548.48 39.07

HIDRAULICA 18010.23 60.93

TOTAL 29558.71 100.00

POTENCIA INSTALADA Y EFECTIVA

La potencia instalada correspondiente a las centrales generadoras del

al 31 de diciembre de 2008 asciende a 5 325,78 MW.

La potencia efectiva total es de 5 147,48 MW de los cuales 2 815,74

MW (54,70%) corresponden a centrales hidroeléctricas y 2 331,74

MW (45,30%) corresponden a centrales termoeléctricas.

En lo referente a las centrales termoeléctricas, la Potencia Efectiva de

las unidades Turbogas es 1 284,55 MW (55,09%), de las unidades

Ciclo combinado es 509,44 MW (21,85%), de las unidades Turbo

Vapor es 357,02 MW (15,31%) y de las unidades Diesel es 180,72

MW (7,75%).

CUADRO Nº 3 POTENCIA EFECTIVA – TIPO DE GENERACIÓN

GENERACIÓN MW %TERMICA 2331.74 45.30

HIDRAULICA 2815.74 54.70TOTAL 5147.48 100.00

GRAFICO Nº 3POTENCIA EFECTIVA – TIPO DE GENERACIÓN

POTENCIA EFECTIVA DE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

CUADRO Nº 12.3 POTENCIA EFECTIVA – TIPO DE TECNOLOGIA

GENERACIÓN POTENCIA EFECTIVA ( MW)

%

TURBO DE GAS 1284.55 55.09DIESEL 180.72 7.75

TURBO VAPOR 357.02 15.31CICLO COMBINADO 509.44 21.85

TOTAL 2348.14 100.00

CUADRO Nº 12.4POTENCIA EFECTIVA – TIPO DE GENERACIÓN

(CON GAS NATURAL DE CAMISEA)

GENERACIÓN POTENCIA EFECTIVA ( MW)

%

HIDROELÉCTRICA 2815.74 54.70GAS DE CAMISEA 1249.38 24.27

OTRAS TERMICAS 1082.36 21.03

TOTAL 5147.48 100.00

GRAFICO Nº 12.4

PRODUCCIÓN HIDROELÉCTRICA Y RECURSOS

HÍDRICOS

• L as centrales hidroeléctricas que conforman el parque generador del

Sistema interconectado Nacional, tienen una potencia efectiva de

2 815,74 MW a diciembre del año 2008 y representa el 54,40 % del

total.

• Dicha capacidad está distribuida en las diferentes centrales, siendo la

central Mantaro la más grande con 650,48 MW y la de menor

capacidad es la central Santa Rosa con 1,02 MW.

VOLUMEN TURBINADO

En el Cuadro N°5.1 se calcula el volumen turbinado en mm3.

Asimismo se muestra la potencia efectiva por centrales, el caudal

turbinable de las centrales hidráulicas, la producción de energía por

centrales de las empresas cogeneración hidráulica y el rendimiento

(kW.h/m3) durante el año 2008.

Se puede apreciar en dicho cuadro que el volumen de agua turbinado

durante el año 2008 fue 18 005,43 Mm3 y el Rendimiento hidráulico

equivalente total del sistema fue 2,646 kW.h/m3.

CUADRO Nº 5.1PRODUCCIÓN DE ENERGIA. VOLUMEN TURBINADO Y RENDIMIENTO POR CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

CENTRAL POTENCIA EFECTIVA (MW)

CENTRAL TURBINABLE (m3 /s)

VOLUMEN TURBINADO MILLONES DE METROS CUBICOS

ENERGIA (GW.h)

RENDIMIENTO ( KW.h /m3 )

CAHUACHARCATA 5,054 7.57 169.83 31.495 0,185

GALLITO SIEGO 38,147 44,8 840,41 198,778 0,237CAHUA 43,113 22,86 543,87 284,926 0,524

PARTAC 4,951 2,2 47,08 29,433 0,525EDEGEL

CALLAHUANCA 80,443 20,5 546,73 595,871 1,090CHIMAY 150,9 82 1638,20 837,415 0,511HUAMPANI 30,175 18,5 502,63 227,736 0,453HUINCO 247,34 25 378,89 1041,287 2,748MATUCANA 128,578 14,8 323,68 781,131 2,413MOYOPAMPA 64,704 17,5 532,88 547,292 1,027YANANGO 42,607 20 342,16 202,480 0,592

ELECTROPERUMANTARO 650,483 1000,0 2753,71 5047,953 1,807RESTITUCION 215,359 100 2680,08 1603,276 0,598

ENERSURYUNCAY 136,760 30 617,66 782,141 1,266

MINERA CORONAHUANCHOR 19,632 10 250,94 136,845 0,545

SAN GABANSAN GABAN 113,098 19 446,88 738,911 1,653

SANTA ROSASANTA ROSA 1,02 5,5 16,62 0,856 0,052

TOTAL 281574 18005,43 19363,17 0,930

FACTOR DE GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA (kW.h/m3)

Existe una relación entre el volumen V utilizado en una central

hidroeléctrica, su altura media Hm y la energía E producida en el

tiempo T, esta relación se le denomina factor de generación (fg).

E = fg. V

Fg = 9,81. η. Hm /T

Donde:

η = representa la eficiencia combinada de la conducción en la

tubería, de la turbina y del generador.

Hm = altura media

η = ηg . ηturb.

T = Tiempo (h, min, seg)

POTENCIA DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

La potencia de una central hidroeléctrica se mide generalmente en

Megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula siguiente:

Donde:

Pe = potencia en vatios (W)

ρ = densidad del fluido en kg/m³

ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,90)

ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97)

ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador

(0,95/0.99)

Q = caudal turbinable en m3/s

H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas

abajo, en metros (m)

FACTOR DE CARGA (fc)El factor de planta (también llamado factor de capacidad neto o

factor de carga) de una central eléctrica es el cociente entre la

energía real generada por la central eléctrica durante un período

(generalmemte de forma anual) y la energía generada si hubiera

trabajado a plena carga durante ese mismo período,

Los factores de planta o factores de capacidad varían grandemente

dependiendo del tipo de combustible que se utilice y del diseño de la

planta. El factor de planta no se debe confundir con el factor de

disponibilidad o con eficiencia.

Pm = Potencia real (potencia a plena carga)

Pmáx = Potencia máxima

El factor de carga es un indicador de cómo se está usando la potencia

a lo largo del tiempo en el diagrama de carga.

Es la relación entre la energía real producida en el tiempo

considerado y la energía producible o generada a la potencia máxima.

fc = PrealPmax .T

PP.C. = fc. Pmax. T

Pp.c. = potencia a plena carga

Pmax = potencia máxima (potencia útil)

fc = factor de planta (factor de carga)

EN UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SE DEFINE:

Potencia media: potencia calculada mediante la fórmula de arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible.

Potencia instalada: potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central

CLASIFICACION DE LAS CENTRALES:

SEGÚN SU POTENCIA

Las Centrales se clasifican.- en cuatro grandes grupos, aunque

evidentemente los límites de potencia que se indican son

convencionales:

1º. Microcentrales

Potencia máxima, 100 kw

2º. Centrales de pequeña potencia

Potencia de 100 a 1000 kw

3º. Centrales de media Potencia

Potencia de 1000 a 10 000 kw

4º. Centrales de gran Potencia

Potencia superiores a 10 000 kw

SEGÚN LA ECONOMÍA DE LA EXPLOTACIÓN

1º Centrales Independientes

Alimentan una red individual no conectada a otras centrales

2º. Centrales Interconectados

Alimentan una red común junto con otras centrales Hidroeléctricas

o Térmicas, la tendencia moderna es establecer una red nacional

única con interconexión de todas las centrales, incluso las

pequeñas.

SEGÚN LA ALTURA DEL SALTO

1º. Saltos de pequeña altura

Hn ≤ 15 m

2º Salto de mediana altura

15 m ≤ Hn ≤ 50 m

3º. Salto de gran altura

Hn ≥ 50 m

CENTRAL ELÉCTRICA

Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía

mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en

energía eléctrica.

Podemos considerar que el esquema de una central eléctrica es:

En general, la energía mecánica procede de la transformación de la

energía potencial del agua almacenada en un embalse; de la energía

térmica suministrada al agua mediante la combustión del carbón, gas

natural, o fuel, o a través de la energía de fisión del uranio.

Para realizar la conversión de energía mecánica en eléctrica, se

emplean unos generadores, más complicados que los que acabamos

de ver en la pregunta anterior, que constan de dos piezas

fundamentales:

El estator: Armadura metálica, que permanece en reposo, cubierta en

su interior por unos hilos de cobre, que forman diversos circuitos.

El rotor: Está en el interior del estator y gira accionado por la turbina.

Está formado en su parte interior por un eje, y en su parte más externa

por unos circuitos, que se transforman en electroimanes cuando se les

aplica una pequeña cantidad de corriente.

Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a la energía mecánica

aplicada en las turbinas, se produce unas corrientes en los hilos de

cobre del interior del estator. Estas corrientes proporcionan al

generador la denominada fuerza electromotriz, capaz de producir

energía eléctrica a cualquier sistema conectado a él.

Como hemos visto la turbina es la encargada de mover el rotor del

generador y producir la corriente eléctrica. La turbina a su vez es

accionada por la energía mecánica del vapor de agua a presión o por

un chorro de agua.

Todas las centrales eléctricas constan de un sistema de "turbina-

generador" cuyo funcionamiento básico es, en todas ellas, muy

parecido, variando de unas a otras la forma en que se acciona la

turbina, o sea, dicho de otro modo en que fuente de energía primaria

se utiliza, para convertir la energía contenida en ella en energía

eléctrica.

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Una central hidroeléctrica es aquella en la que la energía potencial del

agua almacenada en un embalse se transforma en la energía cinética

necesaria para mover el rotor de un generador, y posteriormente

transformarse en energía eléctrica.

Por ese motivo, se llaman también centrales hidráulicas.

Las centrales hidroeléctricas se construyen en los cauces de los ríos,

creando un embalse para retener el agua. Para ello se construye un

muro grueso de piedra, hormigón u otros materiales, apoyado

generalmente en alguna montaña.

La masa de agua embalsada se conduce a través de una tubería hacia

los álabes de una turbina que suele estar a pie de presa, la cual está

conectada al generador. Así, el agua transforma su energía potencial

en energía cinética, que hace mover los álabes de la turbina.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

1. Según su concepción arquitectónica

Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de

esta, y conectadas por medio de una tubería en presión.

Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por

medio de túneles, tuberías en presión, o por la combinación de ambas.

2. Según su régimen de flujo

Central hidroeléctrica Simón Bolívar Venezuela.

Centrales de agua fluyente.

También denominadas centrales de filo de agua o de pasada, utilizan

parte del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan en

forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua, no

disponen de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento,

limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las turbinas

pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte u

horizontal cuando la pendiente del río es baja.

Centrales de embalse.

Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan un embalse

para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es

posible generar energía durante todo el año si se dispone de reservas

suficientes. Requieren una inversión mayor.

Centrales de bombeo o reversibles

Se trata de un tipo de central que solo genera energía en horas punta

y la consume en horas valle (noches y fines de semana), mediante un

grupo electromecánico de bombeo y generación. De esta forma

turbinan el agua en las horas de mayor demanda, la bombean en las

horas en las que la energía no es tan demandada, como por la noche,

hacia un depósito. Una vez el depósito esté cargado pueden volver a

bajar el agua turbinándola y aprovechando de nuevo la energía. Su

utilización para acumular energía puede ser muy interesante para

apoyar a centrales que no pueden acumular, como las solares o

eólicas. El beneficio que se consigue es la diferencia entre el precio de

la energía en horas punta y horas valle. Distinguimos tres tipos;

centrales puras de acumulación, centrales mixtas de acumulación y

centrales de acumulación por bombeo diferencial.

2. Según su altura de caída del agua

Centrales de alta presión

Que corresponden a las centrales de más de 200 m de caída del

agua, por lo que solía corresponder con centrales con turbinas Pelton.

Centrales de media presión

Son las centrales con caída del agua de 20 a 200 m, siendo dominante

el uso de turbinas Francis, aunque también se puedan usar Kaplan.

Centrales de baja presión

Que corresponden a las centrales con desniveles de agua de menos

de 20 m, siendo usadas las turbinas Kaplan.

Centrales de muy baja presión

Son centrales correspondientes con nuevas tecnologías, pues llega un

momento en el cuál las turbinas Kaplan no son aptas para tan poco

desnivel, suelen situarse por debajo de los 4m.

CENTRALES HIDROELECTRICAS EN EL PERÚ

Indudablemente la electricidad es uno de los principales elementos del

desarrollo humano en la era moderna, pero para que ésta se

encuentre presente en nuestra vida diaria ha sido necesario que el

hombre la fuera conociendo poco a poco y fuera descubriendo sus

diversas formas de generación y sus diferentes aplicaciones.

Hoy se sabe que la electricidad se genera de distintas fuentes como la

hidráulica, geotérmica, eólica, atómica, solar y térmica, donde se utiliza

el carbón, el petróleo y el gas natural, que son recursos no renovables.

En nuestro país se utiliza el gran potencial hídrico de los ríos, lagos y

lagunas para generar la electricidad que utilizamos. Esta generación

hidroeléctrica representa el 60% del total de nuestra electricidad. El

otro 40% lo generan las centrales térmicas, que trabajan con la fuerza

del vapor y cuyo combustible principal es todavía el petróleo.

Las Centrales Hidroeléctricas de nuestro país conforman desde el año

2000 un único sistema interconectado de transmisión, conocido como

el Sistema Interconectado Nacional (SIN).

Para una mejor explicación distinguiremos el SIN en 2 sub-sistemas:

A) EL SISTEMA INTERCONECTADO CENTRO NORTE.

Es el de mayor capacidad, ya que genera casi 3 mil Mw. Abastece a

las principales ciudades del país como: Piura, Chiclayo, Trujillo,

Chimbote, Huaraz, Huánuco, Tingo María, Cajamarca, Huancayo y

Lima. Las principales centrales hidroeléctricas que componen este

sistema son:

1) Central de Carhuaquero:

Ubicada en Cajamarca, aprovecha las aguas del río Chancay y cuenta

con una caída neta de 475 m para generar 75 Megavatios (Mw). Fue

puesta en servicio en 1988 y pertenece a la empresa EGENOR S.A.

2) Central del Cañón del Pato:

Ubicada en Ancash, a 120 Km. De Chimbote en la provincia de

Huaylas, utiliza las aguas del río Santa aprovechando una caída de

395 m y generando 154 (Mw). Fue puesta en servicio en dos etapas:

1958 y 1981 respectivamente. Pertenece también a EGENOR S.A.

3) Central de Gallito Ciego:

Ubicada en la provincia de Contumazá, en Cajamarca. Genera

34 Megawatts. Ha sido entregada en concesión definitiva a la empresa

Cementos Norte Pacasmayo.

4) Central Hidroeléctrica Santiago Antúnez de Mayolo:

Ubicada en el departamento de Huancavelica, provincia de Tayacaja.

Produce 798 Mw, con una caída neta de 748 m también con turbinas

Pelton. Fue puesta en servicio en dos etapas 1973 y 1979

respectivamente.

5) Central de Restitución:

Esta central recibe las aguas ya utilizadas en la Central Antúnez de

Mayolo a través de una caída de 258 m generando 216 Mw. Fue

puesta en operación en 1984. Ambas componen el complejo

hidroenergético más grande del país y pertenecen a Electroperú S.A.

6) CentraldeCahua:

Ubicado en Pativilca, al norte de Lima, aprovecha las aguas del

río Pativilca a través de una caída de 215 m produciendo

41Mw. Fue puesta en servicio en 1967 y abastece de

electricidad a Huacho, Supe, Paramonga, Pativilca y Barranca.

7) Cetral de Huinco:

Es la principal central hidroeléctrica de Lima. Su producción es de 262

Mw a través de 4 generadores. La cuenca hídrica que abastece a

Huinco es recogida de las lagunas de Marcapomacocha y Antacoto a

5 mil m.s.n.m. Las aguas son derivadas a través de una caída neta de

1.245 m para ser absorbidas por 8 turbinas Pelton. Fue puesta en

operación en 1965. Además de Huinco, otras centrales hidroeléctricas

abastecen a la ciudad de Lima. Todas ellas pertenecen a la empresa

EDEGEL S.A.:

·Central Matucana:

Construida en 1971 genera 120 Mw. Con una caída de 980 m.

·Central de Moyopampa:

Inaugurada en 1951 genera 63 Mw. con una caída de 460 m.

·Central Callahuanca:

Puesta en servicio en dos etapas 1938 y 1958 respectivamente y

genera 71 Mw. con una caída de 426 m.

·Central Huampaní:

Puesta en servicio 1962, genera 31 Mw con una caída de 185 m.

. Central Yanango:

Ubicada en la provincia de Chanchamayo, departamento de Junin.

Genera 40.5 Mw y fue puesta en servicio el ano 2001.

. Central Chimay:

Ubicada en la provincia de Moyobamba, departamento de Junin.

Genera 11 Mw y fue puesta en servicio el ano 2001.

B) EL SISTEMA INTERCONECTADO SUR

Suministra energía a una población de más de seis millones de

habitantes. Entre las principales ciudades que abastece están

Arequipa, Cusco, Tacna, Moquegua, Juliaca, Ilo y Puno. En este

Sistema Interconectado con 711 kilómetros de líneas de transmisión

se hallan las siguientes centrales hidroeléctricas:

1) Central de Charcani V

Ubicada en Arequipa, esta central es una de las más modernas del

país. Fue inaugurada en 1988. Genera 136.8 Mw con una caída de

agua de 690 m y pertenece a la Empresa EGASA.

2) Central de Machu Picchu

Ubicada en la provincia de Urubamba cerca a las ruinas de Machu

Picchu en el Cusco. Genera 110 Mw y su caida neta es de 345 m.

Esta Central trabaja con turbinas tipo Francis y fue puesta en servicio

en 3 etapas: 1964, 1972 y 1984 respectivamente.

Luego de su desactivacion en febrero de 1998 debido a los graves

daños ocasionados por un aluvión, esta central volvió a operar el año

2002.

3) Central de Aricota 1 y 2

Se localizan en la provincia de Candarave, en el departamento de

Tacna. Aricota I fue construida en 1967 y en la actualidad produce

23.80 Mw con una caída de agua de 617 m a través de un sistema de

turbinas Pelton. Aricota 2 genera 11.9 Mw. Estas centrales pertenecen

a la empresa EGESUR S.A.

4) Central de SAN GABAN

Ubicada en la provincia de Carabaya, en el departamento de Puno. Es

una moderna central que genera 110 Mw de potencia

Problema.- En una central hidroeléctrica la cámara de carga se

encuentra a 620 metros sobre el nivel del mar y la sala de máquinas a

450 metros sobre el nivel del mar, perdiéndose en la conducción 10.2

metros, la eficiencia del conjunto turbina-generador es de 94%. La

central posee 2 grupos iguales, siendo el caudal nominal de la planta

21m3/seg.

a) ¿Cuánta energía producirá la central en un año, si el factor de

planta es de 75% y las salidas de servicio por trabajos de

mantenimiento y fallas intempestivas representan el 3% de las

horas anuales.

b) Dibuje un esquema de la planta.

c) Determine el factor de generación.

FIN DE LA PRESENTACIÓN