SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA1

INFORME DE LA VISITA TCNICA AL PROYECTO HIDROELCTRICO COCA CODO SINCLAIR

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA

SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA IINFORME VISITA TCNICA

TEMA:

PROYECTO HIDROELCTRICO COCA CODO SINCLAIRALUMNO:

DIEGO MANCHAY .

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FECHA DE ENTREGA:

17 DE JUNIO DE 2015PERODO ELECTIVO:

ABRIL 2015- AGOSTO 2015

NOTA .INFORME DE LA VISITA TCNICA AL PROYECTO HIDROELCTRICO COCA CODO SINCLAIRALUMNO: DIEGO MANCHAYUniversidad Politcnica Salesiana. Facultad de Ingeniera Elctrica

dmanchay@est.ups.edu.ec1.-ALCANCE:El PROYECTO HIDROELCTRICO COCA CODO SINCLAIR, es una obra de gran envergadura y de mucha importancia para el pas, por esto fue de gran importancia la visita que se realiz ya que nos permiti observar de manera precisa muchos de los aspectos administrativos y logsticos que se deben tomar en cuenta cuando se ejecuta una obra de grandes magnitudes. El proyecto empez su ejecucin en Octubre de 2009, donde se concret la firma de contrato con la empresa china Sinohydro, para 2010 fue posible la firma de Acta de Ejecucin de la obra, Hasta el momento est prevista una inversin de 2.245 millones de dlares que no incluyen costos de financiamiento. El proyecto forma parte del plan de soberana energtica emprendido por el Gobierno Nacional y su realizacin genera diversas fuentes de empleo y beneficios para los pobladores del sector, todo esto con un impacto ambiental reducido que es objeto de constante fiscalizacin.El presente documento detalla todo lo observado y aprendido durante la visita tcnica realizada el da 5 y 6 de junio del 2015 en el PROYECTO HIDROELCTRICO COCA CODO SINCLAIR. De manera descriptiva terica detallada, se redactada explicando el funcionamiento de cada uno de sus componentes principales del proyecto adems del impacto que tendr en el sistema interconectado de energa elctrica de la nacin.

2.-OBJETIVO GENERAL: Los objetivos generales de la Visita Tcnica del Proyecto Hidroelctrico COCA CODO SINCLAIR son los siguientes:

Cumplir con las disposiciones de la Universidad Politcnica Salesiana para salidas acadmicas para la vinculacin y aprendizaje Tcnico-Acadmico, respetando y apegndonos al reglamento durante nuestra visita a la Hidroelctrica COCA CODO SINCLAIR EP Observar y aprender cmo es la construccin y diseo a realizar para la implementacin de un proyecto hidroelctrico, como es el caso de COCA CODO SINCLAIR. Observar y aprender cmo es la generacin de energa elctrica por medio de la captacin de energa hdrica.

.3.-OBJETIVOS SECUNDARIOS: Observar y aprender los componentes principales del proyecto HIDROELCTRICO COCA CODO SINCLAIR. Observar y aprender el diseo y la construccin de la obra de captacin.

Observar y Aprender cmo est constituida la casa de mquinas as como su funcin. Observar y Aprender cmo funcionan los turbogeneradores montados en la casa de mquinas. Observar y Aprender cmo se realiza la transformacin de y trasmisin de la energa elctrica generada. 4.- MARCO TEORICO.4.1.- DEFINICIN DE HIDROELCTRICA.[1]Una planta hidroelctrica es la que aprovecha la energa hidrulica para producir energa elctrica. Si se concentra grandes cantidades de agua en un embalse, se obtiene inicialmente, energa potencial, la que por la accin de la gravedad adquiere energa cintica o de movimiento pasa de un nivel superior a otro muy bajo, a travs de las obras de conduccin (la energa desarrollada por el agua al caer se le conoce como energa hidrulica), por su masa y velocidad, el agua produce un empuje que se aplica a las turbinas, las cuales transforman la energa hidrulica en energa mecnica.Esta energa se propaga a los generadores que se encuentran acoplados a las turbinas, los que la transforman en energa elctrica, la cual pasa a la subestacin contigua o cerca de la planta. La subestacin eleva la tensin o voltaje para que la energa llegue a los centros de consumo con la debida calidad.La energa hidroelctrica es una de las ms rentables, aunque el costo inicial de construccin es elevado, ya que sus gastos de explotacin y mantenimiento son relativamente bajos. De todos modos tienen unos condicionantes:

Las condiciones pluviomtricas medias del ao (las lluvias medias del ao) deben ser favorables.

El lugar de emplazamiento est supeditado a las caractersticas y configuracin del terreno por el que discurre la corriente de agua.

Pueden ser clasificadas segn varios argumentos, como caractersticas tcnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.

4.1.1.-Segn utilizacin del agua, es decir si utilizan el agua como discurre normalmente por el cauce de un ro o a las que sta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano.

4.1.1.1.-Centrales de Agua Fluente:Llamadas tambin de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que la energa hidrulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidrulicas. No cuentan con reserva de agua, por lo que el caudal suministrado oscila segn las estaciones del ao.

En la temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potencia mxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la poca seca (aguas bajas), la potencia disminuye en funcin del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ros en la poca del esto.

Su construccin se realiza mediante presas sobre el cauce de los ros, para mantener un desnivel constante en la corriente de agua.

4.1.1.2.-Centrales de Agua Embalsada: Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construccin de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ros afluentes, llegando a elevados porcentajes de captacin de agua en ocasiones. Este agua es utilizada segn la demanda, a travs de conductos que la encauzan hacia las turbinas.4.1.1.3.-Centrales de Regulacin: Tienen la posibilidad de almacenar volmenes de agua en el embalse, que representan periodos ms o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.

Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la produccin. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.

4.1.1.4.-Centrales de Bombeo: Se denominan 'de acumulacin'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuacin consiste en acumular energa potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible.

La alimentacin del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidrulica, trmica o nuclear.

No es una solucin de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las prdidas de agua o combustible.

4.1.2.-Segn la altura del salto de agua o desnivel existente:

4.1.2.1.-Centrales de Alta Presin: Aqu se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidrulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeos, 20 m3/s por mquina.Situadas en zonas de alta montaa, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis.

4.1.2.2.-Centrales de Media Presin: Aquellas que poseen saltos hidrulicos de entre 200 - 20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m3/s por turbina.

En valles de media montaa, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.

4.1.2.3.-Centrales de Baja Presin: Sus saltos hidrulicos son inferiores a 20 metros. Cada mquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300 m3/s. Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.5.-DESARROLLO DEL ARTCULO.

5.1-ANTECEDENTES.[2]El Proyecto COCA CODO SINCLAIR fue concebido inicialmente por el desaparecido Instituto Ecuatoriano de Electrificacin (INECEL) durante los aos setenta y ochenta, como parte del inventario energtico de la cuenca de los ros Quijos y Coca.El proyecto denominado COCA CODO SINCLAIR, fue definido como el proyecto hidroelctrico ms atractivo de la cuenca del Ro Napo y uno de los mejores proyectos de generacin elctrica para el Ecuador, por lo cual en su momento, se busc definir la mejor alternativa por medio de los estudios de pre factibilidad realizados en 1976 por la firma brasilea HIDROSERVICE.Los estudios a nivel de factibilidad contratados por el INECEL, fueron realizados entre 1990 y 1992 por la asociacin de firmas consultoras: ELECTROCONSULT y RODIO de Italia, TRACTIONEL de Blgica y las Ecuatorianas ASTEC, INGECONSULT y CAMINOS Y CANALES, quedando definido el desarrollo del proyecto en dos etapas continuas, con capacidades de 432 y 427 MW, respectivamente, lo que sumaba 859 MW, segn el estudio concluido en 1992.El proyecto fue declarado de prioridad nacional por parte del Gobierno del Ecuador quedando a cargo de su ejecucin el Ministerio de Electricidad y Energa Renovable. Este Ministerio facilit el proceso que llev a la conformacin de la Compaa Hidroelctrica COCA CODO SINCLAIR S.A. En la actualidad los estudios de ingeniera de detalle del proyecto estn orientados hacia la construccin de una central de 1 500 MW de Potencia y 10 489 GWh de Energa por ao.

Figura N1: Datos de inicio del proyecto hidroelctrico Coca Codo Sinclair.[2]5.2.-INTRODUCCIN AL PROYECTO

Figura N2: Ubicacin del proyecto hidroelctrico COCA CODO SINCLAIR[2]Las principales obras de infraestructura y operacin del Proyecto, se localizan en las Provincias del Napo, Cantn El Chaco, Parroquia Gonzalo Daz de Pineda. Y Sucumbos Cantn Gonzalo Pizarro, Estas obras principales intersectan con el Bosque Protector La Cascada y la Reserva Ecolgica Cayambe - Coca y en su totalidad se encuentran dentro de la Reserva de la Bisfera Sumaco.

Los Componentes principales del proyecto son:

Obras de captacin: constituida por Presa de enrocado y desarenador as como vertedero. Tnel de conduccin: Con una longitud de 25Km de largo y un dimetro de 9.2 m revestido de hormign.

Embalse compensador: Conformado por una presa de enrocado de 58m y vertedero de excesos alimenta tuberas de presin.

Tuberas de presin: dos conductos a presin de hormign que van desde el embalse compensador hasta la casa de mquinas, con un dimetro de 5,80m y longitudes de 1830m y 1902m con revestimiento de acero en sus tramos finales cuyo dimetro es de 5,2m y una longitud de 350 y 430m respectivamente. Casa de mquinas: caverna de 26x46,80x 212m escavada en roca para alojar 8 grupos turbogeneradores de 187,5 MW cada uno, para una potencia total de 1500MW. Caverna de transformacin y subestacin: de 19x33, 80x192m escavada en roca para alojar a 24 transformadores monofsicos de 69MVA cada uno y 1 de reserva. Accesos: con una longitud aproximada de 430m a la central , 536m al acceso de cables y 670m al acceso de descarga , as como al edificio de control y patio de salida al exterior donde se inician las 2 lneas de trasmisin de 500KV. Vas de acceso desde la poblacin de Simn Bolvar: aproximadamente 20Km a casa de mquinas y 30 Km al Embalse Compensador.5.3.- COMPONENTES OBSERVADOS PRINCIPALES DEL PROYECTO

Figura N1: Componentes Principales del proyecto HIDROELCTRICO COCA CODO SINCLAIR[2]5.3.1.-OBRAS DE CAPTACIN Figura N4: Obra de Captacin y sus partes[2]Dos vertederos libres: Uno principal en el cauce actual del Ro Coca de 110 metros de longitud y otro secundario de 86 metros en el canal de desvo. La capacidad de descarga mxima de los dos vertederos en conjunto, ser de 15 000 m3/seg y la obra de captacin tendr la coronacin en la cota 1 289,50 m.s.n.m. Esto dar lugar a un embalse con un espejo de agua de aproximadamente 3,03 km2.

Despus de la captacin existir un desarenador: que alimentar un tnel de conduccin, la evacuacin de sedimentos es automtica en el desarenador.

Tabla N1: Datos Tcnicos de la Obra de Captacin.[2]

La obra de captacin es la principal en el proyecto ya que esta distribuye y hace de fuente del recurso hdrico tratado que necesita el proyecto hidroelctrico Coca Codo Sinclair. En la Figura 3 y la tabla N1. Podemos apreciar cmo est conformada la captacin as como sus dimensiones. Figura N5: Obra de CaptacinEn la figura N4 podemos ver cmo en que avance encontramos a la obra de captacin durante la visita realizada a este punto del proyecto la cual tiene un avance superior al 70% , adems se muestra cmo ser al culminar con su construccin.5.3.2.-OBRAS DE CONDUCCIN.

Figura N6: Obras de conduccin en el proyecto HIDROELCTRICO COCA CODO SINCLAIR[2]En la figura N6 se puede apreciar el Tnel de conduccin: Con una longitud de 24,83 Km, 9,10m de dimetro de excavacin y totalmente revestido de hormign, dimetro final de 8,2m, hasta el embalse compensador.Tabla N2: Datos Tcnicos del Tnel de conduccin.[2]

Donde DBM1 es la excavacin total que es aproximadamente 1000m.

TBM1 es la excavacin total que es aproximadamente 9588m.

DBM2 es la excavacin total que es aproximadamente 1142m.

TBM2 es la excavacin total que es aproximadamente 13772m. Figura N7: Tuneladora y Tnel de conduccin.En esta figura vemos la tuneladora que realizo una parte del tnel de conduccin as como la obra civil realizada despus de su perforacin la cual consiste en la proteccin de hormign alrededor del tnel.5.3.3.- OBRA DEL EMBALSE DE COMPENSADOR

Figura N8: Obra de Embalse Compensador.[2]El embalse compensador estar ubicado en la quebrada Granadillas, originado por la presencia de una presa de escollera con pantalla de hormign de 58m de altura, provista con vertedero de excesos, estructura de toma para las tuberas de presin. El embalse compensador con una capacidad de almacenamiento mayor (800.000) m3Tabla N3: Datos Tcnicos de la Obra de Embalse Compensador.[2]

Figura N9: Embalse Compensador simulacin de la obra finalizada.5.3.4.-CASA DE MQUINAS.La casa de mquinas se ubicar en un macizo rocoso ubicada aproximadamente a 500 mdentro de la montaa y tiene dos cavernas y contar con 8 turbinas Pelton de eje vertical acopladas con un generador de 187,5 MW cada una. El agua turbinada ser devuelta al Ro Coca mediante dos tneles de descarga o restitucin de 643 m de longitud. La Caverna de generadores,con 26 m de ancho x 46,8 m de altura x 212 m de longitud. Desde el Embalse Compensador, el agua es conducida mediante dos Tuberas de Presin hasta la Casa de Mquinas donde cada una de ellas se divide en cuatro ramas que se conectan a las Ocho Turbinas Pelton, haciendo girar el generador de 187,5 MW cada uno para producir una potencia total de 1.500 MW.

La Caverna de Transformadores,excavada en roca de 19 m x 33,20 m x 198 m para instalacin de 25 transformadores monofsicos de 68.3MVA cada uno (uno de reserva).

Mientras la energa es enviada hasta los transformadores, el agua turbinada retorna de nuevo al Ro Coca.

Figura N10: Estructura de la casa de mquinas.[2]En la figura N10 se puede apreciar cmo es la casa de mquinas estructuralmente y estratgicamente para la operacin de la generacin de energa elctrica as como la transformacin hasta las lneas de trasmisin que se interconectaran con el sistema elctrico nacional.Tabla N4 Datos tcnicos de la casa de Maquinas.[2]

En esta tabla podemos apreciar datos de operacin de los componentes principales montados en la casa de mquinas como son los generadores y los transformadores, as como las dimensiones del emplazamiento en el que se encuentra montado cada uno de estos, tomando en cuenta que se los dividen en dos cmaras diferentes, todo esto en una perforacin de roca slida. FiguraN11: Acceso a la Casa de mquinas.

Acceso principal a la casa de maquinas la cual tiene una dimensin para su acceso de 430m a la parte de generacin, en la cual se puede observar en primera instancia la caverna de transformacin.Adems de que ha 536m se encuentra el acceso a los cables y 670m el acceso de descarga, as como al edificio de control y patio de salida al exterior donde se inician las 2 lneas de trasmisin de 500KV.

Figura N12: Caverna de transformacin.

Caverna de transformacin: realiza la tarea de Sub Estacin elevando el voltaje tiene una relacin de transformacin de 13,8Kv a 500KV.

Las dimensiones de la caverna son de 19m x 33m y 80m x 192m, escavada en roca para alojar a 24 transformadores monofsicos de 69MVA cada uno y 1 de reserva.Para cual tendr una potencia de 8 bancos trifsicos, cada uno de 207MVA.

Figura N13: Emplazamiento de las Turbinas.

Emplazamiento de las turbinas: Son en total 8 turbinas de potencia unitaria de 187,5 MW, tipo pelton de eje vertical, cuenta con 6 inyectores cada turbina asi como 6 ductos de evacuacion del agua de la camara de emplazamiento de la turbina en esta camara existe una compuerta hermetica la cual se habre para realizar mantenimiento.

Figura N14: Lugar de Emplazamiento de los 8 turbogeneradores

Este emplazamiento tiene unas dimenciones de 26m x 46.80m x 212m excavada en roca solida.

Figura N15: Turbogenerador montado en la caverna de la casa de maquinas.

El Emplazamiento de los turbogeneradores cuenta con 8 turbo-Generadores de potencia nominal de 205 MVA con 187,5 MW de potencia activa cada uno para proporcionar una potencia total de 1500MW, a una frecuencia alrededor de 60Hz con una tencion nominal de 13.8 KV

El proyecto Hidroelectrico Coca Codo Sinclair se culminara en el 2016 el cual producira el 36% de la energia electrica que el pais necesita, proporcionando un ahorro de 2,5 millones de dolares diarios para el estado (por importacion de combustible para abastecer termoelectricas dejando de importar mas de 500 millones de galones de diesel al ao), proporcionando energia renovable , alternativa y limpia ayudando a la eliminacion de 4,7 millones de toneladas anuales de emisiones de dioxido de carbono (CO2), es una central de ultima generacion diseada para cumplir los estandares tecnicos y ambientales mas exigentes diseada para una vida util de 50 aos. Amigable con el ecosistema debido a que una vez que se genera la energia el agua se devuelve al rio en su totalidad, intacta y sin contaminantes.6.- CONCLUCIONES: Se observ y se puso en prctica las normas de sealizacin y de seguridad industrial que se tiene en la hidroelctrica as como se puso atencin a la induccin e indicacin que se dio por parte del personal del proyecto hidroelctrico.

Se Observ los componentes principales del proyecto en el cual se destaca las obras de Captacin, el embalse compensador que no se pudo conocer y la principal que es la casa de maquinas.

Se Observ la Obra de captacin la cual cuenta con un desarenador y con compuertas de limpieza ya que este alimenta al embalse compensador en donde aprendimos que los embalses tienen una vida til limitada. Generalmente es ms corta de lo esperado por la acumulacin en el fondo de sedimentos orgnicos y minerales, que son acarreados por las aguas de los ros en este caso el Rio Coca. Al entrar estos en remanso decantan sus partculas en suspensin, formando capas de material que no siempre pueden ser eliminadas a un costo conveniente. En un estudio se estimo que alrededor de cincuenta kilmetros cbicos de sedimentos (cerca del l% de la totalidad de la capacidad de almacenamiento) es atrapado cada ao en los embalses. [3] Se observ que La casa de mquinas en una caverna excavada en roca la cual est dividida en cmaras tanto donde se encuentra el emplazamiento de los generadores como donde se encuentra la caverna de transformacin que realiza las veces de sub estacin.

Se observ que en la cmara de trasformadores la cual cuenta con 24 transformadores monofsicos y uno adicional para mantenimiento se tiene en esta disposicin para poder realizar 8 bancos de transformadores para el sistema trifsico generado as se puede realizar el cambio de un transformador monofsico de ser necesario debido alguna falla existente reduciendo as el tiempo de para de un turbogenerador, adems esta conexin permite disminuir el sobrecalentamiento del ncleo por las corrientes de inducidas en el ncleo que causan perdidas en las bobinas del transformador as como tambin reduce en gran medida el tamao fsico que se necesitara para un transformador de las dimensiones de un sistema trifsico esto para evitar problemas de transporte ya que un transformador monofsico tiene una potencia de 69 MVA y en banco trifsico con 3 transformadores monofsicos tenemos 207 MVA. Se pudo observar que en la casa de mquinas contamos con 2 puentes gra que son las encargadas del montaje y transporte del equipo las cuales tienen una capacidad de carga de hasta 200 toneladas, estas se encuentran en la parte superior en donde se encuentra el emplazamiento de los 8 turbogeneradores con eje vertical, adems la casa de mquinas cuenta con un generador de mucho menor capacidad para poder alimentar a todas las mquinas y operaciones que se realiza en la casa de mquinas.

Se observ y aprendi que el proyecto hidroelctrico Coca Codo Sinclair se basa en el aprovechamiento de la energa hidrulica para producir energa elctrica, debido a la concentracin de grandes cantidades de agua en un embalse compensador (alimentado inicialmente y tratado mediante la captacin que cuenta con desarenador y vertederos que permite la eliminacin de sedimentos y ripio), se obtiene inicialmente, energa potencial (debido a que el embalse compensador est a 1207,4 metros sobre el nivel del mar), la que por la accin de la gravedad adquiere energa cintica o de movimiento pasa de un nivel superior a otro muy bajo por medio de dos tuberas de presin las cuales tiene un caudal de 222m3/seg, a travs de las obras de conduccin (la energa desarrollada por el agua al caer se le conoce como energa hidrulica), por su masa y velocidad, el agua produce un empuje que se aplica por medio de 6 inyectores a cada una de las 8 turbinas que transforman la energa hidrulica en energa mecnica moviendo a cada rotor de los 8 turbogeneradores sincrnicos de eje vertical de 187MW cada una para sumar un total de potencia generada de 1500KW, la subestacin eleva la tensin o voltaje para que la energa llegue a los centros de consumo con la debida calidad.

Figura N16: Esquema General del proyecto hidroelctrico.[2]7.- BIBLIOGRAFIA[1] Jos Antonio Carta Gonzlez, Roque Calero Prez, Antonio Colmenar Santos, Manuel-Alonso Castro Gil, (CAPITULO 1 Aspectos Bsicos Generales Sobre la Energa) Centrales de Energias renovables generacion electrica con energia renovables. Editorial Pearson Prtince hall.pp 7-10 Madrid 2009.[2] http://www.cocacodosinclair.gob.ec/[3] http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/xi.-las-centrales-hidroelectricasxxx /