Diagnóstico Para El Fomento de Microcentrales Menores de 2 MG

GOBIERNO DE CHILEMINISTERIO DE AGRICULTURACOMISION NACIONAL DE RIEGO

DIAGNSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALESMENORES DE 2 MW

INFORME FINAL

Santiago, Diciembre 2009

ARAWORLEY PARSONS

GOBIERNO DE CHILEMINISTERIO DE AGRICULTURACOMISION NACIONAL DE RIEGO

DIAGNSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALESMENORES DE 2 MW

INFORME FINAL

Santiago, Diciembre 2009

ARA-WORLEY PARSONS

Comisin Nacional de RiegoARA WorleyParsons

INDICE

1. INTRODUCCION y OBJETIVOS

1.1 Objetivos1.2 Experiencia Nacional e Internacional1.3 Potencial Nacional1.4 Desarrollo del Estudio

2. CARACTERISTlCAS MICROCENTRALES

2.1 Aspectos y definiciones bsicas2.2 Obras Civiles2.3 Equipamiento Mecnico y Elctrico2.4 Transmisin de la Electricidad2.5 Caracterizacin Micro Centrales2.7 Particularidades de la Agricultura y Recomendaciones

3. MERCADO DE PROVEEDORES DE EQUIPOS Y SERVICIOS COMPLEMENTARIOS

3.1 Actores de un Sistema Generador3.2 Oferta de Equipos y Servicios3.3 Caractersticas Comerciales y Financieras3.4 Costos Sistemas de Generacin3.5 Costos de Infraestructura de Transmisin Elctrica3.6 Barreras de Mercado

4. DEMANDA DE ENERGIA SECTOR AGROPECUARIO

4.1 Demanda por Rubro Agropecuario4.2 Potencia y Consumo de Energa por Rubro4.3 Cantidad de Microcentrales para el Sector Agrcola4.3 Tarifas Elctricas

5. ESTUDIO DE CASOS

5.1 Recopilacin de Informacin5.2 Caractersticas de casos analizados5.3 Anlisis de Costos de Inversin5.5 Conclusiones

Informe Final Rev. O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

1-1

1-21-5

1-121-12

2-1

2-22-6

2-102-112-122-26

3-1

3-23-3

3-143-153-183-19

4-1

4-24-304-324-32

5-1

5-25-35-9

5-12

Comisin Nacional de RiegoARA WorJeyParsons

6. FINANCIAMIENTO

6.1 Aspectos Conceptuales de la Actividad de Generacin6.2 Alternativas de Financiamiento6.3 El caso de organizaciones de pequeos productores agrcolas604 El caso de organizaciones de regantes6.5 La experiencia de Brasil6.6 Conclusiones

7. BASES PARA UNA pOLTICA DE FOMENTO

7.1 Antecedentes Internacionales7.2 Antecedentes Nacionales7.3 Factores de Riesgo7A Bases para una Poltica

8. PROMOCiN Y DIFUSiN

8.1 Pblico Objetivo8.2 Aspectos Bsicos8.3 Alternativas y Costos Programa de Difusin

ANEXOS

ANEXO W 1 Tarifas de Suministro ElctricoANEXO N 2 FogapeANEXO W 3 Proveedores de TurbinasANEXO N 4 Glosario de TrminosANEXO N 5 Clculo de RentabilidadesANEXO W 6 Bitcora de Mantencin y Conjunto de Herramientas

TABLAS

6-1

6-26-36-86-9

6-116-12

7-1

7-27-47-77-8

8-1

8-28-28-3

A-l

A-lA-4A-43A-72A-74A-77

Tabla N 1.1 Costo promedio de Inversin promedio 1-7Tabla N 1.2 Unidades Generadoras de menos de 2 MW conectadas a los sistemas

centrales 1-8Tabla W 1.3 Proyectos de Micro Centrales Hidroelctricas en Chile 1-8Tabla Na lA Proyectos de Preinversin (presentodos a Concursos de ERNC CORFO) 1-11Tabla N 2.1 Unidades de Potencia y Energa 2-4Tabla N 2.2 Clasificacin Turbinas 2-21Tabla N 2.3 Principales Caractersticas Tcnicas Microcentrales 2-26Tabla W 3.1 Distribuidores e Instaladores de Turbinas Hidrulicas 3-4Tabla N 3.2 Caractersticas Equipo Generador Betta Residence 3-5Tabla W 3.3 Sntesis de Precios Obtenidos de Varias Cotizaciones 3-17Tabla W 304 Costos de Equipos Betta Ordenados por Altura 3-18Tabla W 3.5 Costos de Equipamiento a considerar en el estudio 3-19



Tabla N 3.6 Costos de Inversin Directos en Materiales y EquiposTabla W 4.1 Superficie Regada por Sistemas de RiegoTabla W 4.2 Demanda de Agua por FrutalTabla W 4.3 Demanda de Energa Mensual y AnualTabla N 4.4 Consumo de energa para una ha de paltos en La CruzTabla W 4.5 Costos Directos y de energaTabla N 4.6 Etapas de Elaboracin y Consumo de EnergaTabla N 4.7 Algunos indicadores de la industria de la industria avcola.Tabla W 4.8 Equipos y Consumo requerido para lel plantel indicadoTabla N 4.9 Algunos Indicadores de la Industria del Cerdo.Tabla N 4.10 Equipos y consumo requerido para un plantel de 4500

hembras reproductorasTabla N 4.11 Equipos y consumo requerido para un plantel en la fase de

Destete - Venta.Tabla W 4.12 Equipos y consumo requerido para un plantel en la fase

de Segundo EstadoTabla W 4.13 Equipos y consumo requerido para un plantel en la fase

De EngordaTabla N 4.14 Resumen del Consumo de Energa, Total e Individual, por Fases

ProductivasTabla W 4.15 Superficie Plantada de Nogal (Censo 1997 v/s Censo 2007)Tabla W 4.16 Equipos de los silos y secadores COMIL.Tabla W 4.17 Exportacin de Ciruelas deshidratadas.Tabla N 4.18 Procesos, potencia, tiempo de uso y consumo de energaTabla W 4.19 Consumo de energa y unidad por cada rubro analizadoTabla W 4.20 Potencia Elctrica Requerida por rubros analizadosTabla N 4.21 Estimacin Cantidad Microcentrales para Autoconsumo

Sector Agcola 2008Tabla N 5.1 Caractersticas productivas casos analizadosTabla N 5.2 Caractersticas Potencial de EnergaTabla N 5.3 Costos de Inversin MCHTabla W 5.4 Costos de Inversin en Equipamiento MICROCENTRALESTabla W 5.5 Costos de Infraestructura de Conexin Elctrica Autoconsumo

Intrapredial .Tabla W 5.6 Estimacin de Costos de Inversin Autoconsumo Intrapredial

GRAFICOS

Grfico N 1.1 Consumo de Energa ElctricaGrfico W 1.2 Consumo de Energa Y PGBGrfico W 1.3 Costo Marginal Energa Elctrica SICGrfico N 1.4 Potencia Instalado de Energa Renovable en el Mundo (2004)Grfico N 2.1 Seleccin Turbinas de acuerdo a Altura y CaudalGrfico N 4.1 Evolucin de la Produccin de Pollos y del Consumo per CpitaGrfico N 4.2 Evolucin de la Produccin Porcina y del Consumo per CpitaGrfico W 4.3 Evolucin de la Recepcin de Leche Fresca en plantaGrfico W 4.4 Evolucin de las Exportaciones de LecheGrfico W 4.5 Evolucin de las Importaciones de Leche


3-194-34-44-54-64-6

4-124-134-144-15

4-17

4-18

4-19

4-19

4-204-264-284-294-304-314-32

4-335-35-45-9

5-10

5-115-12

1-31-31-41-6

2-214-144-164-214-224-23


IMAGENES

Imagen NO 1.1 Caractersticas Micro Central Nitrao 1-9Imagen NO 1.2 Turbina Micro Central Nitrao 1-10Imagen NO 2.1 Esquema Componentes Micro Central 2-8Imagen NO 2.2 Esquema de barrera y cmara de carga 2-9Imagen NO 2.3 Imagen Cmara de Carga instalacin Parcela Sr. S. Barros 2-10Imagen N 2.4 Tipo de Micro Central de acuerdo a Geometra Cauce y Canal de

Adiccin 2-13Imagen N 2.5 Planta y Corte Desarenador convencional 2-16Imagen N 2.6 Pequeo Desarenador 2-17Imagen NO 2.7 Desarenador con Cmara de Carga Adosada Sistema Betta 2-18Imagen NO 2.8 Clasificacin de Turbinas Categoras Principales 2-23Imagen NO 2.9 Par de turbinas conectadas a un direccionador de caudal 2-28Imagen N 3.1 Turbobomba Betta 3-5Imagen NO 3.2 Esquema de Operacin Turbobomba 3-6Imagen N 3.3 Turbina de 8 kW - Maqchin 3-7Imagen NO 3.4 Micro turbina hidroelctrica 650 W 3-9Imagen NO 3.5 Turbinas generadoras disponibles en el distribuidor Inteli Power 3-11Imagen N 5.1 Estero Paine 5-6Imagen NO 5.2 Inicio Canal Angostura 5-6Imagen NO 5.3 Angostura :Tranque 5-7Imagen NO 5.4 Canal Popeta zona inferior 5-7Imagen N 5.5 Canal Popeta zona superior 5-8Imagen NO 5.6 Canal Bisquertt zona superior 5-8



CAPITULO 1

INTRODUCCION y OBJETIVOS


1-1


1 INTRODUCCiN Y OBJETIVOS

1.1 OBJETIVOS

La tecnificacin del Riego, entre otras muchas labores agropecuarias, requiere del uso deenerga para llegar con agua a toda la tierra disponible para regar, incluso sobre cota decanales, energa que tiene un alto costo y que en sectores aislados llega con dificultad yriesgos de interrupcin.

La estrechez de suministro elctrico de los ltimos aos, el incremento general de las tarifaselctricas de los aos 2007 y 2008 Y la ampliacin de los horarios punta afect a laagricultura muy seriamente tanto por su efecto en el alza de los costos energticos como porel riesgo de racionamientos, especialmente en perodos crticos como la cosecha. Todosellos han incidido en forma importante en los costos de las operaciones agrcolas y porconsiguiente en el costo de los cultivos, restando competitividad a la agricultura del pas. Asu vez los mayores precios de la energa se han constituido en un significativo obstculo alriego tecnificado y a otros procesos de tecnificacin de la agricultura que propenden al usoeficiente del recurso agua.

El programa de Gobierno de la Presidenta Bachelet propone llevar el uso de las fuentes deenerga renovables no convencionales (ERNC) a la meta de abastecer el 15% de lademanda adicional de energa elctrica del pas, comenzando el ao 2010.

En esta misma lnea se inserta el programa de la Comisin Nacional de Riego (CNR) parapromover la instalacin de microcentrales hidroelctricas asociadas a los sistemas de riego.Se pretende que la energa as generada contribuya a mitigar los impactos de losincrementos del valor de la electricidad en las labores agrcolas, puesto que ello incide en unalto grado en la competitividad y sostenibilidad del sector.

Vale la pena mencionar que las centrales hidrulicas de menos de 2 MW son consideradascomo una fuente principal de ERNC en muchos pases. A modo de ejemplo, Alemania,como fruto de su poltica de promocin de ERNC, cuenta al da de hoy con 5000microcentrales de menos de 1 MW.

Por otra parte al suministrar energa elctrica limpia y estable a la agricultura se disminuir elriesgo de racionamiento derivados de las contingencias de los combustibles fsiles.

A continuacin se presenta un grfico que muestra claramente el aumento del consumo deenerga del sector agrcola en los ltimos aos. La tasa de crecimiento del consumo de losltimos 10 aos ha sido del orden del 10% siendo ella superior a la del promedio del pas.

Informe Final Rev. O"DIAGNOSTICO PARA El FOMENTO DE MICROCENTRAlES DE MENOS DE 2 MW"

1-2


Grfico N1.1 Consumo de Energa Elctrica

Distribucin de Energa Elctrica por ClienteAgrcola (GWh)

aiios 1997 a 2009 (2009, cifras a Abril)1.400

1.200 ----

1.000

i800

594 624 623

600

400

200

o

1.220

615

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008* 2009*

Fuente: INE

La tendencia de la agricultura no es ajena a la tendencia general del pas que se observaen el grfico de abajo.

Grfico Nl.2 Consumo de Energa Y PGB

Consumo de Energa y Producto Domstico Bruto,19802004

'"SO.OOOSc::ClI

40.0001iic::o

30.000~Ql

20.000~Qlc::

10.000gji

.----------------------------, 60.000

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1.400

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200

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fa~ fa'),"o) "O)

$ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

-Consurro Total de Energa -A"oducto Dorrstico Bruto

Fuente: Instituto de Ingenieros de Chile


1-3


Si al aumento del consumo se le agrega el aumento en los precios unitarios de la energa,que se muestra en el grfico de ms abajo, queda meridianamente claro que para losagricultores el monto monetario a pagar en energa se ha incrementadoconsidera blemente.

A continuacin se muestra un grfico que indica el explosivo aumento de los costosmarginales de generacin en el sistema interconectado central.

Grfico N 1.3 Costo Marginal Energa Elctrica SIC

SIC - Costo Marginal de Energa Dario (Quillota 220kV)

300 ,-------,-------.,-------y--------,--------,

ene-O? jul-O?ene-06 jul-06ene-OS jul-05ene-04 jul-04

0L- -'- --'- ----""----'--1'--__---'-__-'- --'

ene-03 jul-03

50

100

~~ 150

::J

200

250

Fuente: Instituto de Ingenieros de Chile

Para la agricultura las micro centrales hidroelctricas presentan varias ventajas. Su costo deinversin est al alcance de muchos empresarios del agro, sus costos de operacin ymantencin son bajos y no dependen de insumas tales como el petrleo diesel. Segundo, yno menos importante, estas micro centrales constituyen un sistema de respaldo en caso decualquier problema en el suministro de energa por parte de la compaas distribuidoras. Sinperjuicio de lo anterior, en un sistema destinado al autoconsumo de energa serprincipalmente el ahorro en el gasto en energa elctrica el que justifique la inversin en unamicro central hidroelctrica.

Adicionalmente estas pequeas centrales hidroelctricas tienen la cualidad de que existenmuchas oportunidades de instalarlas asociadas a los sistemas de riego y vinculadas casidirectamente a las faenas para las cuales los regantes requieren la energa. Por otra parte, yconsiderando el nivel de inversin relativamente reducido que representan, la decisin dedesarrollarlas la puede tomar los mismos agricultores y sus organizaciones a objeto desatisfacer sus necesidades de energa. Tambin es importante destacar que debido a lasencillez y al nivel de integracin que tienen estas pequeas centrales resulta ms fcildifundir, a nivel de tcnicos que existen en los sectores rurales, la tecnologa bsica para suinstalacin y operacin lo cual hace ms rpido su proceso de desarrollo.


1-4


Este estudio comprende el anlisis de unidades generadoras que por su potencia instaladapudieren no ser apropiadas para entregar o vender energa al SIC. Sin embargo, en unaprimera aproximacin se percibe que la mayora de este tipo de micro centrales que sontiles a nivel predial, o a grupos de pequeos predios, son las de menos de 500 KW. Por tantolas unidades generadoras con potencias instaladas de menos de 500 KW constituyen el focoprincipal del estudio puesto que ellas se adecuan de mejor forma al autoconsumo y a lacapacidad financiera de los agricultores y del sector agroindustrial.

Objetivos especficos del estudio son:

1. Estimar estndares de consumo de la demanda de energa elctrica del sectoragropecuario.

11. Investigar los distintos tipos de micro centrales hidroelctricas y generar categoras deacuerdo a parmetros relacionados a las caractersticas del recurso, del equipamiento, y dela demanda.

111.- Analizar los sistemas de operacin y mantencin de las micro centrales hidroelctricasdesde la perspectiva de los agricultores y de la agroindustria. Interesa en particular identificarequipos susceptibles de ser mantenidos y operados por los mismos usuarios.

IV. Evaluar econmicamente el potencial de los sistemas generadores para el autoconsumode energa identificando los elementos que dan origen a la decisin de invertir, ycaracterizar los proyectos de mayor probabilidad de realizacin.

V. Definir las bases de un programa de fomento a la inversin e instalacin de centraleshidroelctricas, priorizando las necesidades de autoabastecimiento, focalizado en potenciasmenores a 500 KW, destinadas al sector agropecuario y al sector agroindustrial.

Este trabajo corresponde a un estudio conceptual y desde la perspectiva de lacuantificacin de las inversiones que se muestran en el captulo 5 es un estudio de tipopreliminar.

1.2 EXPERIENCIA NACIONAL E INTERNACIONAL

En la prxima pgina se muestra un grfico de barras que muestra el total de potenciainstalada a nivel mundial, para cada tipo de Energa Renovable al ao 2004. Comentariosson los siguientes:

- China presenta el liderazgo mundial en materia de centrales hidroelctricas menores conuna potencia instalada de ms de 25.000 MW, equivalentes a casi a la mitad del totalmundial de estas micro centrales.

Cabe sealar que hasta hace unos pocos aos China fue un pas eminentemente agrcola.Por tanto es esperable que la industria china posea tecnologa apropiada para fabricarmaquinaria y equipos destinados a la micro generacin hidroelctrica.


1-5


Solar PV (grid}GeothermalSiomassWndSmall Hydro

Grfico N 1.4 Potencia Instalado de Energa Renovableen el Mundo 2004

Fuente: Renewable Energy Policy Formulation and Implementation in ChinaPeter Meier

La hidroeledricidad al 2004 continuaba manteniendo el liderazgo en materia deERNC.

La importancia de la hidroeledricidad y de la generacin mediante bomasa esmayor en pases de menor grado de desarrollo.

La energa geotrmica y solar son todava de importancia mucho menor.

En lo relacionado a los costos unitarios de inversin y de acuerdo a informes de la CEPAL enpromedio las micro centrales hidroelctricas slo presentan mayores costos que los de lascentrales a ciclo combinado a gas, pero menores a todas las dems fuentes de energa. Porconsiguiente, y dada la relativa escasez del gas natural en Chile, podemos afirmar que paranuestro pas esta tecnologa es extremadamente competitiva.


1-6


Tabla N 1.1 Costo promedio de Inversin promedio(dlares/watt)

Ciclo combinado a gas0.6 (004- 0.8)Carbn1.2 (l.0 - 1.3)Nuclear1.8 (1.6 - 2.2)ElicalA (0.8- 2.0)Biomasa (25 MW combust.)2.0 (1.5 - 2.5)Geotermia1.5 (1.2 - 1.8)Pequeas plantas hidroelctricas1.0 (0.8 - 1.2)Fotovoltaica7.0 (6.0- 8.0)

Fuente: CEPAL 2003

En materia de sustentabilidad Endesa Eco clasifica las minicentrales hidroelctricas en unnivel medio entre las renovables siendo su impacto ambiental menor a las centrales clicas ya las solares, pero mayor en relacin a al energa geotrmica.

En sntesis, las pequeas micro centrales hidroelctricas son las ERNC de mayor utilizacin anivel mundial, son de bajo impacto ambiental, y para Chile es en promedio la tecnologa demenor costo al interior de las renovables no convencionales. .

Para investigar la experiencia nacional se sostuvieron entrevistas con proveedores deequipos y con profesionales del rubro de energa, las cuales permitieron conocer variossistemas de generacin hidroelctrica en operacin, mini y micro centrales, algunas de ellasdel tipo autoconsumo.

Al respecto cabe mencionar experiencias tales como una minicentral en Tierra Amarilla(potencia 400 KVA) que vende su energa a la red distribuidora de la 111 Regin y otra delagricultor de la X Regin Sr. Alberto Mohr que tambin le vende su energa a la red; sistemasde autogeneracin en Villa Baviera, en una hostera localizada al borde del lago Yelcho enla X Regin, en la propiedad del agricultor de la RM Sr. Sergio Barros y del agricultor de la IXRegin Sr. R. Eblen.

Adicionalmente, se constat se encuentran en excelente estado de conservaclon yoperando normalmente pequeas mini centrales hidrulicas, de potencia instalada menor a2 MW, de la dcada de los aos 1920, conectadas al sistema SIC, que extraen aguas delAconcagua y del Maipo, tales como tales como las que se presentan en la tabla siguiente:


1-7


Tabla N 1.2 Unidades Generadoras de menos de 2 MW conectadas a lossistemas centrales

Fuente: SitiO Web eNE

CENTRALES EXISTENTES MENORES A 2 MW CONECTADAS A RED

NOMBRE PROPIETARIO POTENCIA (MW) CARACT.TURBINA CAUDAL CAlDA (mt)CENTRAL M3/SEG

Eyzaguirre S.C. del Maipo 1,5 Flujo Cruzado Banki 10,1 22,8

S. Andes Gen. S. Andes 1,1 Francis 20 37

El Rincn S.C. del Maipo 0,3 Flujo Cruzado Banki 0,5 70,1

..

Tambin conocimos de iniciativas de micro generacin ocurridas en el pas en la segundamitad del siglo XX. A continuacin se muestra una tabla que sintetiza un grupo de proyectosde micro centrales hidroelctricas en el pas (lamentablemente no se tiene certeza de lafuente de los datos). Esta lista sugiere que en el pasado ha habido en Chile iniciativas demicro generacin hidrulica en potencias de menos de 100 KW y con la gran mayora de loscasos en el rango de O a 20 kW. Lo anterior indica que posiblemente estas turbinas sededicaron a usos domsticos y en mucho menor medida a actividades de riego y de laagroindustria.

Tabla N 1.3 Proyectos de Micro CentralesHidroelctricas en Chile

Proyectos Anteriores en ChilePotenciaInstalada Cantidad Porcentaje

kW de proyectos %

O 5 28 39,4

6 10 12 16.9

11 20 13 18.3

21 40 8 11.3

41 60 8 11.3

61 yms 2 2.8

Fuente: No identificada

Mencin especial merece el esfuerzo realizado por la Comisin Nacional de Energa (CNE)en su programa de dotar de energa al sector rural. En este programa (PER) la CNE identificvarios proyectos de micro centrales hidroelctricas destinadas principalmente a poblacionesrurales alejadas de los sistemas interconectados, las que distribuyen su energa en mini redesde corriente alterna. La mayor parte de las inversiones del PER son financiadas por el estado,correspondiendo al FNDR el mayor porcentaje del financiamiento(75%). La proporcin de lainversin que aportan los usuarios es nula o cercana a cero.

Algunas de las micro centrales desarrolladas o en desarrollo por la CNE son:


1-8


Poblacin atacamea del Municipio de San Pedro de Atacama, 4000 habitantes,tienen acceso a la energa elctrica desde el ao 2003.Un total de 121 familias de Talabre, Socaire y Ro Grande se abastecen de energagenerada igual nmero de micro centrales hidrulicas.Una micro central localizada en Tira (13 KVAl dej de operar porque lleg alpueblo la red elctrica.Familias de Lonquimay en cantidad de 100 se abastecen de energa mediante unamicro central de 50 KVAEn Puerto Eden 70 familias se abastecen de energa mediante una micro centralhidroelctrica de 88 KVA.En la Comuna de Villa OHiggins 154 viviendas tienen como fuente de energa unamicro central hidroelctrica

Por otra parte la CNE mantiene en proyectos micro centrales hidroelctricas en El Melado, VIIRegin; en la comuna de Cocham, X Regin, y en el Seno Obstruccin en las cercanas dePuerto Natales.

A continuacin se presentan las caractersticas de la micro central Nitrao localizada en laRegin del Bo Bo :

Imagen N 1.1 Caractersticas Micro Central "Nitrao"

MICRO CENTRAL HIDROELCTRICA "NITRAO"

Ubicacin:Termas de Nitrao, Ro Queuco,Alto So SoRegin del Sio Sio, CHILE

Turbina MTF TU- 202/375EspecificacionesTipo: Flujo cruzado ('Banki)Altura de cada bruta: 7 mCaudal: 120 lIsDimetro t. de presin: 400 mmMaterial t. de presin: PVC C.4Longitud t. de presin: 56 mPotencia: 4 kW 1220V/1f/50 Hz

Fuente: eNE

Fabricacin:Ao:

MTF LTDA.1994


1-9


Imagen N 1.2 Turbina Micro Central NitraoPotencia 4 kW

~~~

Fuente: eNE

El Proyecto Troyo es una micro central hidroelctrica localizada en Lonquimay, Regin IX,que fue administrada por la empresa privada de energa ENERGER que tambin se encargade la mantencin y de la operacin, suministrando electricidad a 220 volts a 82 usuarios conpotencias de aproximadamente 1 kW por solucin habitacional.

La micro central Troyo en un comienzo tuvo problemas de diseo debido a que los estudiosde ingeniera no fueron los adecuados, los que posteriormente fueron resueltos. Tambin loscostos de operacin y mantencin fueron superiores a los proyectados por lo cual esta microcentral debi suspender sus actividades.

Cabe tambin destacar el esfuerzo de la CNE y de CORFO en impulsar la Energa RenovableNo Convencional (ERNC). Para efectos ilustrativos, y aunque no son objeto de este estudio,se presentan a continuacin antecedentes de preinversin presentados a los concursos deERNC en lo que se refiere a potencias menores a 500 kW .


1-10


Tabla Na 1.4 Proyectos de Preinversin(presentados a Concursos de ERNC de CORFO)

Nombre Microcentral

Valle de Camarones

Central El Gallo *

Mini Central Faja Maisan *

Central Radalco *

Mini Central Quintrilpe *

Central Pillanlelbun

Central Patrona del Carmen

Comuna

Camarones

Tierra Amarilla

Collipulli

Lautaro

Lautaro

Coyhaique

PotenciaInstalada (kW)

250

350

425

210

425

150

350

* Proyectos presentados por organizaciones ligadas al agro.Fuente: Elaboracin Propia

Conclusiones de la Experiencia Nacional

0.- La experiencia nacional en materia de micro centrales hidroelctricas ha sido mixtahabiendo existido mucho xito en algunos proyectos que han operado cerca de 100 aos yotros que debidos a su concepcin e implementacin no fueron fructferos por causas muydiversas.

b.- Experiencias exitosas se han obtenido en mayor proporcin con mini centrales entre 300 y2000 kW tal como la Central Eyzaguirre de Sociedad de Canalistas el Maipo. Esta central fuevisitada por profesionales del equipo de trabajo lo que permiti verificar la calidad de losequipos adems de los sistemas de operacin y mantencin.

En las diversas visitas se comprob la existencia de micro centrales que estn en operacinhace largo tiempo, que los costos de operacin y mantencin son muy bajos y que a lasturbinas se les hace mantencin entre dos y tres veces al ao en talleres internos.

c.- Menor xito han tenido las micro centrales generadoras, menores a 100kW. Entre lasprincipales causas que han conducido a proyectos que no han tenido gran xito estn:

Llegada de la red elctrica con un mejor nivel de servicio en trminos de laprovisin de energa.Continuas fallas en los equipos, probablemente debido a la no utilizacin dedesarenadores en la zona central y centro sur del pas.Falta de mantencin y de cuidados de operacin, principalmente en propiedadescomunitarias y por efectos del proceso de reforma agraria.


1-))


Errores de diseo.Utilizacin de equipos reacondicionados que no presentaron la calidad adecuada.Variabilidad de los caudales de agua lo que obliga en zonas rurales alejadas acomplementar la energa con equipos diesel de alto costo de operacin.

1.3 POTENCIAL NACIONAL

A Enero del 2009 no existe un Catastro del Potencial de Generacin Asociado aMicrocentrales de riego menores a 500kW de potencia instalada.

Sin embargo la CNR elabor un catastro sobre oportunidades para desarrollar centrales depotencias menores asociadas a obras de riego, en el entorno de los 2 MW. el cual cubreocho regiones de Chile representando el 97% del rea regada del pas, arroj los siguientesresultados:

Se identificaron 290 oportunidades para el desarrollo de pequeas centrales

Se estim un potencial total de 860 M\N. De este total 145 MW corresponde apotencial instalable bajo 2 MW.

Del total de oportunidades 274 son centrales de pasada ubicadas en canalesque representan el 75% de la potencia total instalable es decir 645 MW

Se detectaron 135 casos de oportunidades de generacin para potencias menoresa 2 MW de un total de 290 casos. Los autores del estudio mencionan 11 se constatla existencia de otra gran cantidad de posibles centrales con potenciasindividuales inferiores a 2 MW". Sin embargo dado que no estaba considerado enlas bases del estudio las oportunidades de generacin bajo los 2 MW ellas no fueronregistradas en su totalidad.

Lo anterior coincide con lo que es esperable en un pas andino en el sentido de predecirun importante potencial en el segmento objetivo de este estudio.

1.4 DESARROLLO DEL ESTUDIO

En los captulos siguientes se presenta en primer lugar una conceptualizacin de lo que esuna microcentral hidroelctrica tanto desde la perspectiva de las obras civiles como desdeel equipamiento electro mecnico. En este captulo que tiene una propsito eminentementedescriptivo se explican los diferentes componentes de una micro central incluyendo lossistemas de transporte y eventualmente de co'nexin a la red. Se comentan tambin lasprincipales labores de operacin y mantencin a que estos sistemas estn afectos. Por ltimose caracterizan las microcentrales hidroelctricas en trminos del tipo de obras civiles y deltipo de turbinas.

Luego se presenta un anlisis de la oferta, es, decir del mercado de proveedores de losequipos y de los servicios necesarios para la construccin y operacin de una micro central.Se investiga por tanto la cantidad de oferentes, las caractersticas comerciales delmercado, y las barreras de entrada. Este captulo cumple el objetivo de analizar las

Informe Finol Rev. O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

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limitaciones del mercado de proveedores de forma de tener una base que permita estudiareventuales polticas de fomento focalizadas en la oferta.

En el captulo cuarto se presenta una investigacin de la demanda de energa por parte decultivos y de agroindustrias representativas del sector agrcola. Lo anterior arroja luces entrminos de las demandas por las microcentrales. Los datos de consumos de energa seobtuvieron de productores eficientes de forma que deben ser entendidos como estndaresa alcanzar.

El estudio y anlisis de distintos casos aplicados de microcentrales destinadas alautoconsumo elctrico del sector agrcola se presenta en el captulo quinto. Se analiza lafactibilidad tcnica de varios proyectos con el objeto de detectar las principales variablesde decisin y estimar inversiones.

En el ltimo captulo se analizan y proponen polticas de fomento. Para ello inicialmente seestudian los sistemas de financiamiento existentes en el pas que pudieren aplicar a estosproyectos. Luego se analizan diversos mecanismos de promocin y de difusindestacndose el de la construccin de algunas centrales demostrativas. Posteriormente seexplora la participacin en el programa de fomento de distintas alternativas institucionales.Finalmente se enuncian los componentes de un programa de fomento y se establecenobjetivos cuantitativos de corto mediano plazo.


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CAPITULO 2

CARACTERISTICAS MICROCENTRALES


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2. CARACTERISTICAS MICROCENTRALES

La energa hidrulica se ha usado durante aos para la obtencin tanto de energamecnica, como para uso directo en energa elctrica.

Las ventajas que presenta este tipo de aprovechamiento energtico son su bajo costo degeneracin, bajo costo de operacin y de mantencin pues no requiere abastecimientode combustibles, no presenta problemas de contaminacin, puede compatibilizarse conel uso del agua para otros fines y presenta una larga vida til. No obstante esta energatiene limitaciones en cuanto a la disponibilidad y variabilidad de los recursos hidrulicos,

Este captulo tiene por objetivo explicitar y carocterizar los distintos componentes de lasmicro centrales y discutir alternativas, de forma de entregar antecedentes para el diseode la infraestructura y para la seleccin de los equipos.

2.1 ASPECTOS Y DEFINICIONES BSICAS

En relacin a la Oferta

Potencia: La potencia mxima que puede ofrecer una cada de agua es una funcin dela altura de cada (metros). del caudal mximo (m3/segundo). de la eficiencia de losequipos de generacin y de las prdidas de carga del sistema las que generalmente seproducen a la entrada yola salida de la tubera y con el roce que se produce en toda lalongitud de la tubera de presin. De acuerdo' a Wikipedia la frmula de la potencia es :

Ne = densidad *9,81- 'f/t - 'f/g - T/m - Q. H

donde:

Ne = potencia en Watts I1t = rendimiento de la turbina hidrulica (entre 0,75 y 0,90) 119 = rendimiento del generador elctrico (entre 0,92 y 0,97) l")m = rendimiento mecnico del acoplamiento turbina alternador 10,95/0.99) Q = caudal turbinable en m3/s H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba yaguas abajo, en metros 1m) densidad =densidad fluido en kg/m 3 '

Sin embargo es usual referirse a la potencia con la siguiente frmula simplificada:

P=k*Q*H

K =FactorP =potencia en kilowattsH =altura de la cada o desnivel en metrosQ = caudal turbinable en m3/s

B factor k es dependiente de los rendimientos, tambin llamados eficiencia, de losequipos. Se estima que k flucta entre 9 para s!stemas hidroelctricos de gran tamao y


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6,5 para sistemas pequeos (Centro de Energas Renovables U.Ch). En este trabajoadaptaremos el coeficiente 7 sugerido por la Brittish Hydropower Association para microcentrales.

No existe una definicin unanlme en trminos de la clasificacin de una centralhidroelctrica de acuerdo a su potencia u a otra variable. Sin embargo normalmente sehabla de minicentrales aquellas menores de 10 MW o menores de 3 MW y a picocentralesa las menores de 5 o 10 kW. Para efectos de este trabajo consideraremos comomicrocentrales a las de potencias en el rango de 1 kWa 1000 kW.

otra definicin de alta relevancia para el negocio hidroelctrico es la potencia a firme.Esta potencia es la que puede entregar una central hidroelctrica con una altsimaconfiabilidad (por ejemplo con una probabilidad del 95% o superior) en las diversasestaciones y horas del da. Las centrales de pasada presentan magnitudes de potencias afirme bajas o nulas pues debido a la variabilidad de la hidrologa no pueden asegurarsuministro de energa en cada instante del tiempo. Para poder tener potencia firmedeberan construir embalses de respaldo lo que usualmente no es rentable.

Fsicamente la potencia se mide en unidades de trabajo dividido por unidad de tiempo,tales como Watts (W) y sus mltiplos. Otras unidades son los CV y los HP.

Factores de conversin son:

1 KW = 1,359 HP1 HP = 0,736 kW

El KVA es una unidad utilizada por los equipos elctricos y corresponde a un kilowatt deenerga de potencia activa multiplicado por el coseno del ngulo de desfase tambinconocido por cos fi. En trminos cuantitativos y para un estimacin rpida el cos fi puedeconsiderarse similar a 0,8 .

A continuacin se presenta una tabla de equivalencias de unidades de potencia, deenerga y de voltaje.


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Tabla N 2.1 Unidades de Potencia y de Energa

POTENCIA Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo

Unidades Sistema MtricoLa unidad ms frecuente es el vatio 0N) y sus mltiplos

1 kW= 1000W1 MW= 1000000W1 GW = 1000000000 W

Unidades Sistema Ingls

Caballo VaporHorse Power

1 CV= 735,8 W1 HP = 745,6987158227022 W

1 HP = 1,0138 CV1 CV = 0,9863 HP

ENERGIA La unidad de energa definida por el Sistema Internacionalde Unidades es el julio. Se define como el trabajo realizadopor una fuerza de un newton en un desplazamiento de un metro.

1 kWh = 36000001 MWh = 36000000001 GWh = 36000000000001 BTU = 10551 Cal = 4,186

juliosjuliosjulios

juliosjulios

VOLTAJE El voltio M, es la unidad utilizada para medir el potencial elctrico,fuerza electromotriz y el voltaje. El voltio se define como ladiferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando unacorriente con una intensidad de un amperio utiliza un vatio depotencia.

1 kV = 1000V1 MV = 1000000 V1 GV = 1000000000 V

Fuente: Sitio web wikipedia


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Energa: Es la energa susceptible de ser generada por la micro central en un lapso detiempo por ejemplo una hora. La energa generada en cada momento depende en granparte del caudal de agua disponible; en el caso extremo en que dicho caudal sea igualal caudal mximo considerado se obtiene el mximo de energa.

La energa se mide en unidades de potencia multiplicadas por el tiempo quegeneralmente se expresan en horas, por ejemplo en kilowafts hora (kWh).

Eficiencia en la Generacin de Energa: Los rendimientos de los equipos electromecnicos en la generacin de energa dependen de los caudales. Es as como en elcaso de estar operando con el caudal de diseo se alcanzan las mejores eficiencias. Sinembargo al bajar los caudales los equipos no slo producen una menor potencia (deacuerdo a la frmula antes entregada) sino que tambin se pierde eficiencia. Ms an,bajo un cierto nivel de caudal los equipos se detienen y dejan de producir energa. Estaprdida de eficiencia en la generacin de energa depende de las caractersticas decada equipo siendo este factor relevante a la hora de seleccionar un equipo.

En el caso de una DIVE-Turbine con una turbina del tipo hlice y velocidad variable lainformacin del fabricante (aproximada pues se extrajo de una curva) indica los siguientesrangos de eficiencia ante variaciones de potencia derivadas de un menor caudal:

Potencia Eficiencia Turbina

% respecto a %potencia de diseo

100 9180 9060 8740 8020 68la 55

Fuente Informacin Trifacix representante de DIVE-TURBINE

Estas eficiencias son particularmente altas y son difciles de encontrar en otros equipos.

Factor de Carga: Tal como ya se ha mencionado las caractersticas bsicas de una microcentral son la cada o desnivel, y la curva del caudal a lo largo del tiempo. En el mejor delos casos si no hay restricciones o limitaciones referentes al suministro de aguas la centralpodr generar el mximo de energa durante todas las horas del ao. Sin embargo si pormotivos de disponibilidad de agua la central debe generar menos energa, yeventualmente en algunos perodos no generar, la energa anual producida ser menor.

El factor de carga es el cuociente entre la energa que se estima se generar en el casoreal dividido por el mximo posible de generar, expresada en trminos de porcentaje.

Estacionalidad del Caudal de Agua Desde la perspectiva agrcola y del autoconsumode energa el ideal es que exista poca variacin en la hidrologa del cauce hidrulico.

Informe Rnal Rev. O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

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Lamentablemente las variaciones estacionales de los caudales en la zona centro y nortede Chile son muy relevantes.

En relacin a la Demanda

Segmentaremos la demanda en dos grandes grupos:

- Sector Agrcola : La demanda de energa proviene principalmente de la actividad deirrigacin y de las instalaciones agrcolas las cuales presentan una variacin en suocupacin a lo largo de las 24 horas del da (excepcin de las cmaras de fro queconsumen energa las 24 horas del da).

La demanda tiene una componente menor de estacionalidad en el uso de energa enactividades relativas a labores de oficina y talreres. y en lo referente a la demanda deenerga de los hogares.

- Sector Agroindustrial: Es un sector ms diverso. Algunos de sus subsectores presentan unabaja variacin del consumo de energa durante el da. En la generalidad presentanuna mayor demanda de energa por empresa en comparacin al consumo de lasempresas dedicadas a la produccin agrcola y una mayor estabilidad en el consumo.

Es interesante sealar que instalaciones tales como frigorficos requieren de un ampliomargen de seguridad de suministro de energa.

- Acceso a las redes elctricas

Tambin es conveniente segmentar la demanda en trminos del acceso a las redeselctricas.

i. Sistemas AisladosLos sistemas de micro generacin elctrica aislados son aquellos que por efectos dedistancia a la red. no estn ni tiene sentido econmico que se conecten a la red.

ii. Sistemas ConectadosEn contraposicin al caso anterior estn los sistemas que adems de tener un sistema degeneracin hidroelctrica para autoconsumo estn conectados a la red. En este casouna micro central cumplir la funcin de abaratar los costos de energa y de servir derespaldo a la red.

En sntesis la demanda debe ser caracterizada en trminos del nivel de consumo. de laestacionalidad diaria y mensual de dicho consumo. de la necesidad de potencia a firme.y del grado de aislamiento.

2.2 OBRAS CIVILES

El diseo de un sistema de micro generacin hidroelctrico comprende conceptualmentelos mismos componentes que los sistemas hidroelctricos mayores. En este captulo se

resaltan los aspectos particulares de los sistemas menores en el marco de la agricultura. enespecial aquellos aspectos que permiten abaratar los costos.


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Obras civiles. Equipamiento electromecnico Distribucin elctrica.

Las obras civiles tienen la finalidad de conducir un determinado caudal de agua, extraerla arena y otros slidos en suspensin, guiar el agua hasta la turbina y devolverla al cauceque la origin.

Para ello se requiere en primer lugar de una bocatoma sobre el cauce principal sea esteestero, ro u otro, de modo de facilitar la entrada del agua al sistema de conduccin. Estacaptacin puede ser a filo de agua, vale decir una desviacin lateral, o bien con unpequeo embalse. En la agricultura a nivel predial en la mayora de los casos labocatoma ya est construida y la captacin corresponde en muchas ocasiones a unmarco de redesviacin del agua.

Luego, se conduce el agua por un canal de aduccin hasta la cmara o toma de carga.En la generalidad el canal de aduccin debe tener una pendiente pequea (0,5 %), demodo de ir ganando altura con respecto al ro; a nivel de agricultores individuales seproduce con frecuencia que el canal de aduccin es de muy corta longitud.

Antes de la toma de carga el agua se conduce a travs de un desarenador cuya funcines obligar a que los slidos decanten de forma que la turbina reciba solamente agua sinmaterial o con poco material en suspensin.

Finalmente el agua llega a la cmara de carga o toma de carga cuya funcin es que laturbina este constantemente bajo una misma presin de agua y que adems le detiempo a los sistemas de control elctrico para desactivar la turbina en caso deirregularidades de forma que no quede operando en vacio.

En muchas micro centrales de tamao menor la cmara de carga al final del canal deaduccin tiene la funcin de desarenador y empalme de la tubera, manteniendo unnivel constante de presin de agua.

La tubera de presin lleva el agua hasta la casa de mquinas donde se encuentrala turbina y equipos elctricos. Finalmente el agua se restituye a un cauce a travs de uncanal llamado canal de restitucin.


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Fuente: Elaboracin Propia

Las obras civiles de una micro central son conceptualmente iguales a las de una centralhidroelctrica mayor, sin embargo y para efectos de abaratar los costos de inversinmuchas de las obras de las microcentrales son objeto de fuertes simplificaciones.

A continuacin se comentan las distintas obras y sus variantes:

- Bocatoma: En la generalidad la construccin de la bocatoma no es de responsabilidadde los proyectos de micro generacin. Es importante destacar que existen bocatomasbien diseadas y construidas en hormign armado y otras que son simplemente una

barrera tipo pata de cabra que se construye con los mismos materiales del ro mediantemaquinaria pesada pero que durante el invierno no son capaces de resistir las crecidas.

Este ltimo caso constituye un obstculo para las micro centrales que quieran operar eninvierno.


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Fuente: Micro central con Equipos Betta

-Canal de Aduccin: Es el canal que extrae las aguas de un canal mayor o de un ro y lasconduce a la micro central. Desde la perspectiva de la localizacin del curso del aguaexisten al menos tres alternativas:

A.-Las aguas del canal mayor o del ro no retornan a esa misma fuente, es decir sedescargan en otro canal o en otro ro y por tanto para efecto del propietario se pierden.Este es el caso de un desvo de las aguas para aprovechar un desnivel el cual puede serutilizado slo en los meses en que el agua no es utilizada para la irrigacin de los campos.

En caso de aguas de riego esta alternativa A es poco frecuente puesto que losagricultores no estn dispuestos a perder agua.

Estas micro centrales, a igualdad de otras condiciones, son menos rentables pues slopueden generar en los meses de invierno.

B.-Las aguas del canal mayor o ro retornan a esa misma fuente a travs del canal derestitucin. Este es el caso ms frecuente en el que se aprovecha una diferencia dependiente del canal mayor en relacin por ejemplo al fondo de un valle.

Este tambin es el caso de dos canales que corren a distintos niveles y el canal superiorcede su agua al canal inferior, pero solamente en un trecho o longitud acotada, ya queposteriormente esta agua deben ser retornada al primero de lo canales.

C.-Las aguas del canal mayo se utilizan directamente en la central sin necesidad de canalde aduccin. Esto es posible mayoritariamente en microcentrales menores.

Naturalmente, desde la perspectiva de costos de inversin, la alternativa ms econmicaes la C.-

Desarenador: Es una obra civil tipo estanque alargado donde se hacer reposar el aguapara efectos de que decante la arena y otros materiales slidos en suspensin, previo a su


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paso a la tubera de presin; en general tambin poseen rejas y rejillas parafiltrar el material que no decanta tales como palos y hojas. El decantador es importantepues en ocasiones constituir la obra civil de mayor costo.

Cmara de Carga: Es un estanque con alguna profundidad en cuya zona inferior est laentrada del agua a la tubera de presin. Tiene por objeto asegurar una presin mnima yconstante en la turbina.

Imagen N 2.3 Imagen Cmara de Carga instalacin Parcela Sr. S. Barros en Talagente

Fuente: Fotografa entregada por Mantex

Tubera de Presin: Para micro centrales de menos de 100 metros de cada se estutilizando como material el PVC, en alturas de cada ms grandes se debe utilizar elacero. Tambin se utiliza el acero o el HDPE en situaciones en que se requieren tuberasde mayor dimetro siendo este el caso de caudales mayores y tuberas de muchalongitud.

El tipo de tubera es tambin relevante a la hora de calcular las prdidas de carga. Losfactores de rugosidad de Manning son:

AceroHormignPlstico

0,010,0130,009

Lo anterior indica que el plstico es un mejor material en lo concerniente a disminuir lasprdidas de carga,

Canal de Restitucin : Es el canal al cual llegan las aguas despus de pasar por laturbina. Este canallas retorna al cauce del cual fueron extrada o las conduce a un nuevocauce. En las micro centrales agrcolas este canal es muy corto y a veces inexistente.

2.3 EQUIPAMIENTO MECANICO y ELECTRICO

El equipamiento elctrico y mecnico requerido en una micro-central hidroelctricase compone de los siguiente elementos principales:

La turbina con vlvula de corte principal. El generador elctrico. Tablero elctrico con protecciones.

)Informe Final Rev. O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

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El regulador de velocidad.

Los equipos de generacin menores generalmente traen en forma integrada una turbina.un generador. el regulador de velocidad necesario para asegurar continuidad en losciclos de la corriente. un pequeo tablero elctrico. y un cordn elctrico para serconectado directamente a bombas o motores. A los equipos integrados se les denominacompactos.

Los micro generadores destinados a alimentares motores o bombas usualmente producenenerga trifsico de 380 volts y 50 Hz. Micro generadores de pequeas potenciasdestinados a generar energa de consumo domstico usualmente producen energamonobsica.

En el caso de uso mixto de energa tales como instalaciones que generan energa parauso industrial y domstico se requiere un sistema trifsico. Para efectos domsticos seextraer cada una de las fases del sistema trifsico y se generan circuitos separados.

Cabe destacar que el elemento ms dbil del equipamiento y que est sujeto a un mayordesgaste es el rotor y los alabes de la turbina pues sufren el efecto abrasivo del choque delos slidos disueltos en el agua que nunca son totalmente eliminados.

A modo de ejemplo una turbina brasilea con un rotor de material convencional utiliza lassiguientes calidades de acero:

- Eje SAE 1045- Pas del rotor ASTM A 36- Discos del rotor - ASTM A 36- Soldadura rotor AWS A5.18 - ER 70S-6- Proteccin del Rotor: en base a epoxi bituminoso.- Vida til media rotor: 10 aos.

La misma turbina con rotor en acero inoxidable utiliza las siguientes calidades de acero:

- Eje: acero inox AlSI 304- Pas del rotor inox AlSI 304- Discos del rotor inox AlSI 304- Soldadura rotor inox AISI 304- Vida til media: indefinida- Costo: aproximadamente el doble del rotor convencional

2.4 TRANSMISiN DE LA ELECTRICIDAD

Es frecuente que las cadas de agua no se localicen muy cerca de los centrosdemandadores de energa lo que hace necesario construir infraestructura de lneas detransmisin para su traslado. Este traslado est sujeto a prdidas de energa. y a prdidasde voltaje.

Informe Rnal Rev. O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

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Dependiendo de las distancias entre el centro de consumo y el sistema generador sehace necesario subir el voltaje durante el trayecto con lo cual se mitigan los efectosperversos mencionados en el prrafo anterior. Lo anterior se logra con transformadores.

Si se quiere conectar a la red adems de la transmisin a mayor voltaje se requiere unsincronizador automtico.

los elementos de una lnea de transmisin desde la generaclon hasta el consumo,comprenden la postacin, las crucetas. tirantes de la lnea. deconectadores,transformadores. conductores y equipos de sincromizacin (para detalles y costos vercaptulo 3).

2.5 CARACTERIZACiN MICROCENTRALES

En esta seccin el objetivo es el de realizar un anlisis de los distintos tipos de microcentrales generando categoras que contribuyan posteriormente al anlisis deoportunidades. Se pretende por tanto identificar las caractersticas que produzcandiferencias importantes en el diseo. en la operacin, y en el modelo de negociossusceptible de implementar.

Sin perjuicio de lo anterior es importante y necesario mencionar que a nivel mundial no hasido posible desarrollar una estandarizacin de las centrales hidroelctricas debido a lagran cantidad de condiciones diferentes. La caracterizacin que se presenta acontinuacin obedece a criterios de las condiciones topogrficas e hidrolgicas, alequipamiento y a las caractersticas de transporte de energa y del consumo elctrico.

2.5.1 Obras Civiles: Condiciones Topogrficas, Hidrolgicas, y del Entorno

Altura de la cada y caudal

La altura de la cada es tambin conocida en el mundo angloparlante como "head" esdecir la cabeza de la MCH siendo el elemento esencial de la generacin elctrica. Cabesealar que el agua que corre a alta velocidad generalmente no contiene la energanecesaria para producir electricidad en forma rentable. excepto en situaciones de granescala.

Adems de la altura de la cada se requiere un flujo de agua o caudal. La potencia ainstalar depende del producto del caudal por la altura. A igualdad de potencia esaltamente preferible tener mayor altura de cada que mayor caudal de agua pues lasobras civiles y los equipos son de menor tamao y de menor costo.

Cadas netas de 10 metros o menos son denominadas pequeas; cadas de ms de 50metros son cadas grandes; otras son clasificadas como intermedias.

Geometra del cauce y del canal de aduccin

En los esquemas de ms abajo se sealan tres tipos de centrales que son las ms tpicas.

Informe Finol Rev. O"DIAGNOSTICO PARA El FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

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La primera MCH mostrada se caracteriza por tener un canal de aduccin yuna tubera perpendiculares. Esta MCH presenta una cada en el curso de

agua, ro o canal, y de un canal de aduccin que debe ser especialmente construido.

Este tipo de infraestructura puede ser conveniente en casos en que la zona de la cadadel cauce natural sea peligrosa o difcil, por ejemplo por caudal de terrenos inestables opor fuertes estacionalidades e inundaciones. De cualquier forma requiere de unapendiente significativa en el cauce principal.

La segunda MCH mostrada es la de la tubera paralela al cauce mostrndose tambin unsistema decantador al inicio de la salida del cauce principal. Esta podra ser el caso mstpico de las MCH en Chile. Sin embargo requiere para ser econmica que la tubera corracercana al cauce principal pues de otra forma se encarece la solucin. En general estasituacin se produce en casos de pendientes menores y cuando son costosas las obrasciviles al interior del cauce natural.

Finalmente, la solucin de barrera para las MCH se utiliza en cadas menores y concaudales en trminos relativos fuertes.

Fuente: Brittish Hydropower Association

Tal como se ve en la figura esta topologa se caracteriza por un canal de aduccin quegana cota en relacin al estero o arroyo y con ello aumenta la altura de cada. En estaconfiguracin se ahorra en tubera de presin pero es de mayor costo en trminos de laaduccin.


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La tipologa" Canal aduccin y tubera perpendicular" puede dividirse en el caso de uncanal de aduccin pre existente versus un canal que requiere ser especialmenteconstruido. Si no existe el canal de aduccin, esta topologa pasa a competir en costoscon la tipologa de canal y tubera paralela.

El caso del canal aduccin y tubera paralela ser el caso ms frecuente deconfiguracin de MCH para la agricultura en Chile. En este caso prcticamente no existecanal de aduccin o este es muy pequeo.

Por ltimo la "represa en cauce del canal" se caracteriza por una cada de pocos metrosy de alta pendiente de forma que no se requiere aduccin y la tubera de presin pasa atener muy poca longitud.

Caractersticas Hidrolgicas

El ideal es que el caudal y la consiguiente produccin de energa sea la adecuada paralos requerimientos de la agricultura y de la agroindustria las cuales en la mayora de loscasos tienen puntas de consumo en el perodo primavera-verano. Lo anterior obliga apensar por ejemplo en privilegiar aquellas centrales de pasada cuyo caudal a utilizar nodisminuya o disminuya poco en la poca de riego.

- Si existe demanda relevante en poca de invierno, el ideal es tener una estacionalidadleve de forma de que los equipos puedan operar cercanos al 100% de su capacidad elmayor tiempo posible. Al respecto es necesario mencionar que las turbinas no operan si elflujo de agua baja de cierto nivelo bien operan con menor eficiencia.

- En la medida que exista la posibilidad de vender energa externamente el ideal es teneruna hidrologa lo ms pareja posible de forma de aprovechar al mximo las instalaciones.

- Esteros, ros y en general cauces cordilleranos de fuertes fluctuaciones de caudal, quecorresponde ms bien a la clasificacin de torrentes, requieren estudios ms profundospara analizar la factibilidad y potencial de una microcentral.

- Canales revestidos y en operacin son en la generalidad apropiados como canales deaduccin para la instalacin de MCH.

Requerimiento de Bocatoma

Para efectos de una MCH en la gran generalidad no tiene sentido econmico invertir enla bocatoma de un ro o de un canal de gran caudal debido a su alto costo.

Al respecto es importante mencionar que muchos de los canales agrcolas tienen sistemade marcos partidores para efectos de la captacin de las aguas.

No obstante, el canal matriz que saca las aguas de un cauce mayor posee unabocatoma que en ocasiones es una obra civil especialmente diseada pero otras veceses un sistema pata de cabra u otro sistema con material de ribera. Estos ltimos no sonsistemas lo suficientemente slidos para soportar las crecidas invernales de los ros por loque el flujo ser continuamente desactivado en la poca de invierno disminuyendo lautilizacin de la MCH.

Informe Final Rev. O"DIAGNOSTICO PARA El FOMENTO DE MICROCENTRAlES DE MENOS DE 2 MW"

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Requerimiento de Canales de Aduccin y de Restitucin

Debido al alto costo de las obras de aduccin y de restitucin es ideal que la tubera depresin se encuentre cercana al canal o al cauce natural. Esto se logra por ejemplo conla MCH tipo represa o barrera.

Tambin se disminuye el costo de los canales en casos en que sea posible utilizarmateriales de bajo costo para la construccin de las paredes tales como mampostera oalbailera o si existe agua suficiente canales sin revestimiento.

Caractersticas de las Aguas y Desarenadores

De preferencia las aguas deben ser claras, con el mnimo contenido de slidos disueltos oen suspensin. Aguas con mucha arena requerirn inversiones importantes en sistemas dedesarenadores; adicionalmente los rotores de la turbinas sern objeto de un proceso de

fuerte desgaste lo que incrementar el costo de las mantenciones y disminuir la vida tilde los equipos.

El objetivo de esta obra civil es disminuir significativamente la cantidad de slidos ensuspensin que acarrea el agua. Ello es fundamental para evitar un mayor desgaste de lapiezas de la turbina, principalmente el rotor y los alabes. Dependiendo de la calidad delos aceros de esas piezas y de la calidad de slidos suspendidos la turbina podra quedarfuera de operacin en el plazo de un ao.

Para lograr el efectos antes planteados se debe disminuir la velocidad a un valor delorden de 0,2 m3/seg lo que se logra aumentando sustancialmente el ancho y laprofundidad del canal o estero. A modo de ejemplo, para una velocidad tpica de 1,2m/seg debemos aumentar la seccin o rea de escurrimiento en 6 veces para disminuir a0,2 m/seg. Adicionalmente para que las partculas alcancen a decantar se requiere unamnima longitud (medida en el mismo sentido del curso de agua).

El decantador es absolutamente necesario para la zona central y en general para lasmicro centrales que utilizan cursos de aguas que llevan arena. Cabe de todas manerasdestacar que la resistencia a la abrasin de los aceros es el otro parmetro que debe sertomado en consideracin.

Para el caso de las MCH se recomienda:

1.- Construir un decantador, ojal en la bocatoma del canal y lo ms alejado posible dela cmara de carga (ello para que en el transcurso del canal exista una mayordecantacin) .

Este decantador puede construirse sin revestimientos especiales, es decir en terrenonatural, y debe ser dimensionado caso a caso determinando ancho, profundidad ylongitud. Cabe sealar que el decantador debe ser objeto de limpieza al menos una vezal ao.

Informe Final Rev_O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

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Comisin Nacional de RieqoARA WorleyParsons

2.- Para cursos de agua clara y con menos arrastre de slidos podra ser ms convenientecambiar la turbina cada varios aos. La cantidod de aos de horizonte de vida til de laturbina depender en gran parte de la resistencia a la abrasin que tengan los acerosutilizados.

3.- Un caso especial es el de los canales que se abastecen de agua de tranques queactan como decantadores. En este caso no es necesario un decantador adicional.

En la figura siguiente se presenta un desarenodor convencional utilizado en centralesmayores. Es una estructura de fondo y muros de hormign armado de 20 cms o 25 cms deespesor, con aproximadamente 5 metros de profundidad. Posee un sistema decompuertas de acero que le permite evacuar los slidos en forma semiautomtica. Paraefectos de micro centrales este sistema es de olto costo monetario presentando la granventaja de un bajo costo de operacin y montencin.

Imagen N 2.5 Planta y Corte Desarenador Convencional

Fuente: Imagen web

En el Manuol de Operacin y Mantencin de Centrales Hidroelctricas editado en laIndia (1998) se recomienda un decontador con un ancho entre 3 y 5 veces el canal deaduccin y de largo igual a 2,5 veces el ancho. Las paredes son de mompostera o deladrillo estucado con mortero rico en cemento (1:2 o 1:3) . La limpieza se debe efectuarmanualmente mediante palas.

Informe Final Rev. O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTF~ALES DE MENOS DE 2 MW"

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Comisin Nocional de RiegoARA WorleyParsons

Otro sistema utilizado en sistemas de decantacin de boja costo es uncanal con meandros intermedios constituyendo uno suerte de serpentn.

Esto solucin puede ser lo ms adecuado en terrenos planos de formo rectangular. Lasparedes y el fondo se construyen en mampostera y/o albailera estucado.

Tambin puede construirse un desarenador en base o un pequeo tronque construidocon maquinaria pesado y sin revestimiento. Lo gran ventaja es el costo, las desventajason lo ocupacin de un rea de terreno y lo limpieza que posiblemente debo serrealizado en base o polo o con lo mismo maquinaria.

A continuacin se presento uno fotografo de un desarenador menor que podra serconstruido en base o mampostera y/o albailera y recubierto con mortero. En este casolo profundidad debera ser menor, del orden de 1,5 metros, y debe ser limpiadomanualmente.

Ima en N 2.6 Pe

Fuente: Imagen web

Lo empresa brasileo Betta ha desarrollado desarenadores que adoso o las cmaras decargo. Estos desarenadores estandarizados pueden ser convenientes solamente paroaguas con muy pocos slidos. Las dimensiones del decantador, ancho, longitud yprofundidad deben ser proporcionales o los de lo cmara de cargo . Lo empresa Bettasealo que las dimensiones de estos desarenadores deben ser aumentadas en el caso delo existencia de mucho areno.


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.. Comisin Nacional de RiegoARA WorleyParsonsImagen N 2-7 Desarenador con Cmara de Carga Adosada Sistema Betta Microcentral20kW

VISTA LATERAL VISTA POR TRS

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Fuente: Empresa Betta

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En sistemas muy pequeos se puede utilizar como filtro una sistema compuesto detambores rellenos con piedras. Alternativamente para micro centrales se hanconsiderado soluciones que consideran en una misma obra el desarenador y la toma decarga.

Cabe tambin sealar que en la medida que haya lagunas o tranques aguas arriba del latoma de carga, o que el flujo de agua de los canales tenga velocidades del orden de 0,2m/seg no ser necesario la construccin de un decantador. Al respecto es interesantenotar que la poltica de pequeos tranques de acumulacin nocturna de agua esabsolutamente complementaria con minimizar el costo de los sistemas de produccin deenerga pues dichos tranques actan como desarenadores.

Finalmente es necesario destacar que para el correcto funcionamiento de la turbina esfundamental que exista un buen sistema desarenador , de otra forma se deber recurrir acambiar frecuentemente rotores. Al respecto es claro que la longitud y demscaractersticas del desarenador dependern de cada caso en particular en especial dela cantidad de arena que lleva el agua.

Informe Final Rev O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

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Cmara de Carga

El diseo considerar que la cmara de carga tenga un volumen tal que puedaalmacenar al menos 10 segundos del caudal mximo de diseo.

La profundidad debe ser tal que sobre la parte superior de la tubera a presin tenga unaltura de agua igual a dos dimetros (de la misma tubera). En la generalidad la cmarade carga se colocar a un costado del curso de agua y ser alimentada por un canalparalelo al curso y de corta longitud.

El canal, estero u otro curso de agua, tendr una compuerta que desviar las aguashacia el canal que alimenta la toma de carga. El sistema debe ser tal que si la turbina noeste funcionando se levanta la compuerta y el agua siga su curso natural actuando deesta manera como vertedero..

Vertedero de Seguridad

Cumple con el objetivo de evacuar las aguas en caso que la micro central no estefuncionando o que el caudal de llegada sea superior al presupuestado. Se debedimensionar para un flujo un 25% superior al caudal mximo registrado.

Tubera a Presin

El costo de la tubera de presin depende del tipo de material y de su longitud. El materialms utilizado en centrales de gran tamao es el acero y en MCH el PVC, naturalmente eltipo de material depende principalmente de las tensiones a que esta sometida la tubera.

En terrenos agrcolas podra ser preferible la tubera elevada sobre el terreno debido a lamayor facilidad de mantencin y a que evita daos que pudieren ser inflingidos porexcavaciones no planificadas. Sin embargo es claro que la tubera elevada disminuye elvalor escnico, dificulta el uso de suelo en la franja donde esta instalado, y somete a latubera a la radicacin solar lo cual no es recomendale para la tubera de Pvc.

Distancia entre el lugar de la cada y los centros de consumo de energa

La distancia entre la casa de mquinas o centro generador, generalmente localizadacerca del final de la cada, y los centros de consumo de la energa, es relevante puesdetermina parte importante de los costos de inversin elctricos. En efecto, la energaproducida por el sistema turbogenerador debe ser trasladada a los centros de consumomediante cables elctrico elevados o enterrados. Sin embargo si la distancia superaciertos mnimos se hace obligatorio transportar a una mayor tensin para lo que serequiere elevar el voltaje al inicio y bajarlo antes de conectarse a los equiposconsumidores de energa; para ello se utilizan transformadores.

Tambin se deben utilizar transformadores para la exportacin de energa a las redes demedia tensin.

otros condicionantes

Caractersticas medioambientales


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Las centrales de 3 MW de potencia o menos requieren solamente de declaracin deimpacto ambiental. En la medida que los agricultores utilicen sus aguas al interior de suspropiedades no debieran haber conflictos ambientales.

Sin embargo en el caso de exportacin de energa a lneas de distribucin cercanas esposible se enfrenten dificultades tales como la necesidad de poseer servidumbres de pasopara las lneas de transmisin elctricas.

Existencia / no existencia de sistemas de riego a presin

Los sistemas de riego en ocasiones utilizan la energa potencial de las cadas de aguaintroduciendo presin en las redes de riego.

Con pequeas inversiones esta presin puede transformarse en energa elctrica enhorarios o das en que el riego no est funcionando.

2.5.2 Turbina

En materia de equipos la turbina es el componente de mayor importancia.

a.- Eficiencia

Existen mltiples tipos de turbinas, que responden a distintos tipos de condiciones decaudales y cadas, y cuyo objetivo es maximizar la eficiencia en la produccin de energapor parte del sistema turbo generador.

Al respecto y tal como se mencion anteriormente es importante conocer la eficiencia dela turbina no slo en condiciones del caudal de diseo sino que tambin antedisminuciones del caudal

En relacin al tamao de los equipos un principio general en la generacin de energa esque los sistemas de mayor tamao son de menor costo unitario y de mayor eficiencia esdecir que presentan un mejor aprovechamiento de la energa hidrulica. Sin embargo lostamaos de los equipos son seleccionados de acuerdo al potencial de energa de lacada.

Las turbinas se clasifican de acuerdo a la altura de la cada y de acuerdo a su condicinde operacin en turbinas de impulso y turbinas de reaccin. A su vez las turbinas deimpulso se clasifican en Pelton, Turgo, y Crossflow o Banki. Las dos turbinas de reaccinmayormente utilizadas son la de Hlice y la Francis.


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Tabla N 2.2 Clasificacin TurbinasALTURA CAlDA

TIPO DE TURBINA Ms de 50 metros Intermedia Menos de 10 metros

Impulso Pelton Crossflow CrossflowTurgo Turgo

Multijet Pelton Multijet Pelton

Reaccin Francis FrancisKaplanHlice

La clasificacin superior responde a la eficiencia de las turbinas ante diferentes escenariosde altura y caudal. A continuacin se presenta un grfico que permite la seleccin deltipo de turbina ptima.

Grfico 2.1 Seleccin Turbinas de acuerdo a altura y caudal

500 Pellon wheelorTurgo wheel

,~,J!i;aiiI"O.5 1 ! ;"105'20Ditc:harge (nPS8C) ... . .

Fuente: Bttish Hydropower Association

Para utilizar el grfico se debe entrar en el eje de las abcisas con el caudal disponible enm3/seg y luego moverse siguiendo la vertical hasta alcanzar la altura neta de la cada.Localizando este punto en el plano es posible determinar el tipo de turbina msconveniente.

En las pginas siguientes se presenta una descripcin de este tipo de turbinas.

b.- Calidad del Acero y Duracin Rotores

En relacin a los componentes de las turbinas la parte ms relevante para efectos de loscostos de mantencin es el rotor


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Es recomendable por tanto que este componente sea fabricado con acero de mayorresistencia a la abrasin o protegido por capas de material cermico particularmentepara equipos a ser utilizados al sur de la VII Regin, sujeto a que ello sea rentable.

Alternativamente deben comprarse turbinas con un rotor de repuesto de forma de queuno de ellos opere durante la etapa de mantenin del otro rotor.

c.- Fabricacin en base a integracin de componentes

Es posible fabricar sistemas hidrulicos de generacin mediante diversos componentesobtenidos de bombas y otros equipos y posteriormente adaptarlos. Esta solucin nonecesariamente es inconveniente, pero si es de mayor riego para el usuario por lo queslo es recomendable en caso que existan garantas de funcionamiento y horizonte deduracin de los equipos.


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Imagen N 2.8 CLASIFICACION DE TURBINAS CATEGORIAS PRINCIPALES

Turbina Pelton ISon resultado directo de la evolucin de los antiguos rrolinos de agua,yen vez de contar con labes o palas si dice que tiene cucharasTurbina de chorro ms usada, consta de un distribuidor y un receptor.

Pueden ser de dos, cuatro o seis chorros

Se utilizan en cadas de ms de 100 metros o al menos de 50 metrospudindose obtener eficiencias del orden del 85%

Turbina Francis

La turbina Francis trabaja con cadas y caudales medianos logrando eficiencias

del 80 y 90%. Se le conoce corro una turbina de flujo mixto debido a que el fluidoentra en direccin tangencial al rotor y la descarga es paralela al eje de rotacinEs el tipo de turbina ms comn pues reduce las prdidas hidraulicas

Existen alguno diseos complejos que son capaces de variar el ngulo desus labes durante su funcionamiento.

ITurbina Kaplan

El ngulo de sus palas vara durante su funcionamientoLa turbina Kaplan tiene un costo mayor que la del tipo Francis, pero por otra partetiene la ventaja de que para iguales caractersticas de salto y caudal, funciona amayor velocidad permitiendo emplear altemadores ms reducidos y de menorcosto.Se utiliza en cadas de baja alturas, hasta 30 metros; generalmente en centrales depasada de alto caudalLas turbinas denominadas tipo propeller o de hlice son una subcategora de las

turbinas tipo Kaplan

Turbina Cross Flow o de Flujo Cruzado

Es una turbina de accin de flujo transversal (cross f1ow) entradaradial y admisin parcial, formada por un inyector rectangular y un rodete tipo tamborque est provisto de un determinado nmero de alabes curvos. Su rango de aplicacinest comprendido entre las Pelton de doble tobera y las Francis rpida. Trabajaespecialmente con saltos y caudales medianos, alcanzando eficiencias del 80%.Su geometra facilita su fabricacin y se caracteriza por ser de bajo costo.Pertenece a la categora cross f10w que son ms baratas que las FrancisA esta categora pertnecen las denominadas turbinas Banki


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TURBINAS HELlCE

ITurbina Hlice

Son exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferenciade estas, no son capaces de variar el ngulo de sus palas.

ITurbinas Hlice Insertas en Caudales

Son turbinas totalmente sumergidas en caudalesIdeal para pequeas alturas es decir sitios planosincluso menores a 1 metro.

Algunas turbinas tienen un cono en la parte inferior

que genera un vaco.

Fuente: Elaboracin propia en base a sitios web de fabricantes

2.5.3 Sistemas Elctricos y de Transmisin

Control

Principales funciones del panel de control son

- Comandar el inicio y el apagado del sistema turbo generador- Sincronizar el generador con la red de distribucin local- Monitorear el nivel de aguas de forma de asegurarse que este nivel supere elmnimo aceptable- Operar la vlvula de control de flujo de la turbina en relacin a la disponibilidad deagua- Detectar fallas y activor sistemas de cierre y de apagado.

La regulacin del voltaje automatizada es deseable para garantizar el buenfuncionamiento de los equipos elctricos


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Voltaje

Los equipos industriales al igual que bombas y equipos de riego funcionan en la grangeneralidad en base a corriente trifsica de 380 volts .

Por su parte los electrodomsticos y otros equipos de las viviendas operan en base aelectricidad monofsica en 220 volts.

La transformacin de la energa elctrica trifsica en monofsica es factible separandocada una de las fases, la transformacin inversa no es posible.

Transmisin elctrica interna

En el caso de generacin de energa en bajas potencias es relevante el costo del sistemade transmisin elctrica y eventualmente el de cambio de voltaje.

El ideal es no incurrir en el costo de los transformadores haciendo que la generacin deenerga se realice al mismo voltaje que el del consumo. Sin embargo el transmitir a bajovoltaje significa mayores prdidas por unidad de distancia. Es por ello que son mseficientes los sistemas en que la oferta de la energa y el punto de demanda seencuentren cercanos.

Por otra parte a distancia largas la disminucin del voltaje no es aceptable.

En el caso de energa trifsica a 380 volts, que es el caso ms frecuente, para longitudesmedidas entre el punto de consumo y el punto de generacin superiores aaproximadamente de 300 metros podra ser necesario subir el voltaje o tensin de latransmisin mediante un transformador.

Las lneas de transmisin pueden ser elevadas o enterradas lo cual depender de lasituacin del terreno y de los costos que este dispuesto a pagar el inversionista.

Exportacin de Energa a Red Local de Distribucin

Para que se pueda producir en forma econmicamente rentable la exportacin deenerga a las redes de distribucin locales se requiere de una localizacin geogrfica ycercana a redes de distribucin de media tensin, posibilidad de obtener servidumbresde paso a bajo costo para efectos de la transmisin, y la aprobacin de la empresa dedistribucin.

Adems de las obras de transmisin de energa ser necesario incorporar al sistema unsincronizador automtico de forma que la energa entregada opere armnicamente conla que circula por la red. El sincronzador automtico es un equipo de alto costo de formaque hace rentable solamente a los proyectos de mayor tamao o los que se encuentranmuy cercanos a la red.

A continuacin se ofrece una sntesis de las principales caractersticas de unamicrocentral hidroelctrica.

Informe Final Re. O"DIAGNOSTICO PARA EL FOMENTO DE MICROCENTRALES DE MENOS DE 2 MW"

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Tabla N 2.3 Principales Caractersticas Tcnicas Microcentrales

Fuente: ElaboraClon Propia

ITEM Rangos

Altura mnimo 2,5 metrosCaudal de diseo desde 1 litro/segEficiencia de la turbina 0,75 a 0,9Eficiencia del generador 0,92 a 0,97Eficiencia acoplamiento turbina-alternador 0,95 a 0,99Potencia Instalada (ver frmula en pag 2-2) desde 1000 WPotencia firme Oo un porcentaje pequeo

de la potencia instaladaTipo de Turbina Ver Grfico 2.1Calidad de aceros, en particular del rotor de la turbina a pedido

. ,

otras variables o parmetros de gran importancia son:

- Tipo de demanda de energa: riego, red de distribucin elctrica. agroindustria u otro- Voltaje al cual se debe entregar la energa- Cantidad de fases de la energa demandada (monofsica o trifsica)- Distancia entre centro de consumo y centro de generacin- Prdidas de carga del sistema- Factor de planta- Curva de eficiencia ante variaciones de los caudales

2.6 PARTICULARIDADES DE LA AGRICULTURA Y RECOMENDACIONES

Una sntesis de las particularidades de la demanda y de la oferta de aguas de los canalesagrcolas, que no necesariamente aplica a todos los casos, es la siguiente:

-Sistemas de generacin de energa de potencias relativamente bajas (menores a1000kW) para el Valle Central del pas.-Sistemas de generacin de energa con potencia media inferior a 100kW-Alturas de cada, en la gran generalidad entre 3 y 50 metros-Caudales variables con componente estacional-Alto consumo de energa durante 4 o 5 meses-Baja estacionalidad del caudal durante el da-Densidad de componentes slidos arrastrados por las aguas muy variable-Amplia oferta de mano de obra no especializada-Requerimiento de electricidad trifsica para motores y bombas y monofsica paracasas, oficinas y talleres


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-Conveniencia de un sistema de respaldo para el suministro de energa elctrica-Es frecuente que las cadas de agua se localicen en las cercanas a las redes dedistribucin elctrica de media tensin-Presencia de tranques agrcolas que pueden ser utilizados como desarenadores-Es frecuente la existencia de sistemas de riego a presin aprovechando altura de loscanales-En los faldeos cordilleranos es frecuente encontrar caudales mayores pero conpendientes de 3% e inferiores.

Desde la perspectiva agrcola el principal desafo para las micro centrales es el de disearobras civiles que sean de menor costo y simples de operacin, de forma que un granporcentaje de la mano de obra pueda ser provista por los propios agricultores. Lo anteriorno slo contribuir a proveer sistemas de mayor rentabilidad y sustentabilidad sino quetambin al empleo rural.

En base a lo anterior se elaboraron las siguientes recomendaciones:

Desarenadores

En la medida de lo posible se deben utilizar tranques existentes o construirpequeos tranques de acumulacin que adems sirvan de decantadores.Exceptuando la zona central que requiere de desarenadores de muy buenacalidad en la zona sur (VIII regin hacia el sur) deben utilizarse desarenadoressimples construdos en base a albailera o mampostera.

Tubera de presin

En la generalidad debe utilizarse PVC de presin. El acero y el HDPE son msconvenientes para el caso de tubera de mayor longitud en que la prdida decarga es importante, ello debido a que las tuberas de acero y de HDPE puedenser fabricadas en dimetros mayores.

Turbinas y equipos electromecnicos

Sistemas de generacin deben ser trifsicos.Se recomienda se adquiera un rotor o un sistema de alabes adicional que sirvade respaldo, segn sea el caso.Deben preferirse equipos de empresas con representacin en Chile y queotorguen garantas de funcionamiento adems de seguridad y velocidad deaprovisionamiento de repuestos.Deben preferirse sistemas con regulador de voltaje automatizadoPara hacer frente a la estacionalidad de los caudales se deben preferir turbinaso sistemas de generacin que acepten amplias fluctuaciones de caudales . Acontinuacin se muestra un sistema integrado que posee dos turbinas paradiferentes caudales. No obstante podra se ms conveniente una turbina tipo laDive-Turbine que es altamente eficiente para caudales menores.


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Imagen N 2.9 Par de turbinas conectadasa un direccionador de caudal

Fuente: Catlogo Betta

Localizacin de la Turbina

En la medida de lo posible y siempre que ello no signifique perder una grancantidad de energa la turbina debe localizarse lo ms cerca posible del rea demotores y bombas.


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CAPITULO 3

MERCADO DE PROVEEDORES DE EQUIPOS Y SERVICIOSCOMPLEMENTARIOS


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3. MERCADO DE PROVEEDORES DE EQUIPOS Y SERVICIOS COMPLEMENTARIOS

En este captulo se presenta un anlisis de la oferta de sistemas de generacin, incluyendo elmercado de proveedores de los equipos y los servicios necesarios para la construccin yoperacin de una micro central.

Se investiga por tanto la cantidad de oferentes, las caractersticas comerciales del mercado,y las barreras de entrada a la industria.

3.1 ACTORES DE UN SISTEMA MICROGENERADOR

En trminos sistmicos una solucin de generacin de electricidad presenta las siguientesactores:

Medicin del recurso hidrulico y de las caractersticas topogrficas.

Dependiendo de la magnitud del proyecto esto lo realiza una empresa de ingeniera ( enproyectos de mayor tamao) o bien el propietario de las aguas bajo las instrucciones delproveedor de equipos (caso micro centrales menores).

Al respecto el Ministerio de Obras Pblicas (MOP) posee un listado pblico de empresas deingeniera con especialidad civil, hidrulica, y con otras especialidades de la ingenieraclasificados de acuerdo a experiencia y a dificultad de los proyectos realizados. Trabajos detopografa pueden ser realizados por ingenieros en geomensura y por topgrafos.

Inversionista

El inversionista adems de proveer el financiamiento acta como coordinador general de losproyectos. Potenciales inversionistas son las empresas que ya han incursionado en estecampo y cuyas razones sociales se pueden encontrar en el sitio web de la CNE. A lo anteriorse pueden sumar agricultores e industriales del agro con capital. Tambin debe considerarsecomo potenciales inversionistas a las asociaciones de canalistas ya que varias de ellas hansido exitosas en el negocio de la generacin elctrica.

Diseo del Proyecto Tcnico

En la generalidad en proyectos medianos y pequeos este rol lo toma el proveedor deequipos. Naturalmente tambin lo puede tomar una empresa de ingeniera especialista enel tema o en una empresa especialista en riego que incorpore expertos en sistemas deenerga.

Proveedor de Equipos

Este proveedor cumple adems el rol de detallar las obras civiles y verificar su construccin,instalar los equipos y en general controlar la puesta en marcha del sistema de generacin.Una lista de proveedores nacionales se indica ms adelante en la Tabla 3.1.

Instalador


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En la generalidad la instalacin queda bajo la supervisin del proveedor de equipos. Losequipos de menos de 500 kW son equipos ms bien livianos de forma que no necesitan de

grandes maquinarias y equipos de transporte. Alternativamente puede ser una empresaconstructora pero en este caso el proveedor de equipo debe inspeccionar la obra.

Construccin de Obras Civiles (bocatomas, desarenador, etc.)

Dependiendo de la magnitud del proyecto esto lo realiza una empresa constructora ( enproyectos de mayor tamao) especializada, pero en muchos casos las obras civiles puedenser ejecutadas por personal sin gran calificacin.

- Infraestructura Elctrica de Conexin

Tanto el diseo de la infraestructura elctrica de conexin como su instalacin son realizadaspor empresas especializadas. EL MOP tambin posee un listado de empresas de ingeniera ycontratistas especialistas en el tema.

3.2 OFERTA DE EQUIPOS Y SERVICIOS

Los equipos de generacin son principalmente las turbinas que accionan generadoreselctricos. En esta seccin se investigan los proveedores de turbinas y de turbo generadoresdel tipo hidroelctricas menores a 2 MW.

En Chile no existe manufactura de turbinas, si existen acondicionamiento e integracin decomponentes para conformar turbinas; tambin existen fbricas de transformadores. A nivelmundial la economa chilena es una de las ms abiertas, al respecto cabe sealar que alao 2004 el arancel de importacin general en Chile era del 6%. En particular para turbinas yequipos generadores provenientes de USA y de la UE el arancel aduanero era nulo y para losmismos equipos provenientes de China el arancel era del 6%.

En la generalidad de los casos las turbinas pequeas y sus respectivos generadores secomercializan en un paquete, estos son los denominados equipos compactos. El equipoapropiado para una micro central, turbina y generador, depender principalmente de laenerga necesaria para alimentar el sistema y de

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Diagnóstico Para El Fomento de Microcentrales Menores de 2 MG