Central piloto eolica

Gerencia de Comercialización y Sistemas

JOVS-Evaluación Técnica Centrales Eólicas de Malabrigo y Marcona 33

ANEXO Nº 2 Informe Técnico Central Piloto San Juan de

Marcona



Anexo 2

CENTRAL EÓLICA PILOTO SAN JUAN DE MARCONA

450 KW

2004



CENTRAL EÓLICA PILOTO SAN JUAN DE MARCONA 450 KW

La Central Eólica San Juan de Marcona en San Juan de Marcona, provincia de Nasca. Departamento de Ica.

DESCRIPCION DEL EQUIPO -Tecnología : Japón -Marca : Mitsubishi Heavy Industries -Tipo de Turbina : Paso variable( ángulo de ataque de los álabes varían de acuerdo a la velocidad

del viento). Central Eólica San Juan de Marcona de 450 kW fabricado en el Japón, marca MITSUBISHI, desde el año 1999 viene operando en forma inestable, presentando fallas de funcionamiento los cuales fueron levantadas cada vez por Mitsubishi y ADINELSA o por ADINELSA, a la fecha la Central se encuentra en reserva para su puesta a “punto” y reiniciar su operación continua. Los mantenimientos correctivos mayores fueron el cambio del generador y alineamiento de la volante de la turbina, en ambos casos se ha utilizado dos grúas de gran tonelaje para el desmontaje y maniobras de los equipos a una altura de 40 m.



Por consideraciones tecnológicas, la Central Eólica, no cumple con eficiencia la operación continua por las constantes paralizaciones ocurridas, en el ambiente de la investigación se ha acopiado información que será de gran importancia para nuevos proyectos. Esta Central se encuentra paralizada, faltando un ajuste a los sistemas de control y software de operación de la máquina. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

MARCONA Sistema “Grid Conection” Potencia 450 Kw Número de aspas 3 Diámetro de las aspas 39 m Potencia del generador 450 Kw Altura de la torre 40 m Transformador elevador 562.5 Kva Peso total (turbina y torre) 50Tn Monitoreo a distancia Si Procedencia de las máquinas Japón (Mitsubishi)

REGISTRO DE VIENTOS 1. Régimen de Vientos

San Juan de Marcona, desde el año 1999, en 4 años, se ha registrado datos de frecuencias de velocidad del viento, obteniéndose a la fecha un promedio de 9 m/s a una altura de 40 m.

La características de la velocidad del viento es la variabilidad como indica la figura

2. Densidad de Potencia

El potencial aprovechable se puede evaluar mediante la densidad, es decir, la potencia del viento por unidad de área de impacto, en las aspas de un aerogenerador.

Con los datos históricos de velocidad de viento registrados se han obtenido las siguientes densidades de potencia:

Marcona : 441Watts / m2.

��

Velocidad ( m / s )

8 m / s

Tiempo



Los valores encontrados, representa la potencia aprovechable del viento y son utilizados como referencia para la elaboración del Atlas Eólico el cual caracteriza el potencial del viento del lugar.

3. Parámetros Hallados de Distribución de Weibull

Es representada por la siguiente expresión:

ƒ(v)=(k/C).(v/C)( k-1 ).exp(-(v/C) k ) Donde: ƒ(v) = función de Weibull k = Parámetro de Forma C = Parámetro de Escala

El parámetro k tiene gran influencia en la expresión f(v) distribución de Weibull , determina la forma de la curva, y en este caso, representa el tipo de comportamiento del viento en la zona; con los datos registrados, se han determinado los siguientes valores: en las dos zonas San Juan de Marcona Kweibull = 1.92 Cweibull = 9.3 m/s Velocidad Promedio = 9.0m/s 4. Interpretación de los Parámetros Hallados en San Juan de Marcona se ha encontrado el valor promedio de k = 2, en este caso, corresponde a la curva de distribución de Rayleigh, estos valores hallados son dinámicos en el tiempo y pueden variar de acuerdo al régimen del viento, y es improbable obtener valores menores que los hallados por los registros que se cuenta, estos resultados muestran buen potencial eólico, de estos lugares, en el supuesto caso que los valores de k fuese 1 o menos que 1, correspondería la distribución del tipo exponencial por lo que se puede predecir lugares no adecuados para aplicaciones energéticas, el cual no es este caso, la forma de las curvas se pueden observar el siguiente esquema:



INFLUENCIA DEL PARÁMETRO DE FORMA (K)

-100.0

100.0

300.0

500.0

700.0

900.0

1100.0

1300.0

1500.0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33

VELOCIDAD DEL VIENTO (m/s)

FREC

UEN

CIA

k = 3.38

k = 2.29 k = 1.0

k = 0.5

PERFIL DE VELOCIDAD DE VIENTO

Altura (m)

v (h) = (v / k) . Ln (h / Zo)60

40

20

0

( m / s)5 10 15

5. Velocidad del Viento en San Juan de Marcona.

la mayor frecuencia de velocidad de viento promedio acumulado se presenta en el rango de 9 m/s a 40 m. de altura.

En la figura se puede observar dos curvas, uno corresponde a la Frecuencia de vientos y la otra la curva de Potencia de salida del generador, los registros son los resultados del almacenamiento de datos desde el año 1999.



Se observa en la curva de frecuencia de vientos, la mayor frecuencia de velocidad de viento promedio acumulado se presenta en el rango de 9 m/s a 40 m. de altura.

6. Velocidad de viento Diario en Marcona.

Los registros acumulados de velocidad de viento diario, se muestran en la figura, el comportamiento es similar a la Central de Malabrigo; las velocidades menores se observan a partir de las 24:00 horas hasta las 6:00 horas, en promedio casi todo el tiempo se encuentra generando energía eléctrica y las horas punta (18:00 a 23:00 horas), mas ventajoso que Malabrigo. Los resultados registrados a la fecha muestran velocidades de viento entre 6.5 m/s y mayores a 10 m/s, estadísticamente se han registrado velocidades de viento hasta 20 m/s.

7. Generación de Energía

San Juan de Marcona, similar al anterior se entrega energía a través de la línea de 34.5 kV, de propiedad de Shougang-Hierro Perú. La generación de energía promedio mensual es de 110,200.0 kWh.

La energía acumulada a junio 2003 es de 3`445,850 kWh con 14,040 horas de funcionamiento.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas

Vel

ocid

ad (

m/s

a 40 m. de altura

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

450.0

500.0

0 5 10 15 20 25

Velocidades

Pot

enci

a M

edia

(kW

0

100

200

300

400

500

600

Frec

uen

cia

de V

ient

o

Curva de Potencia Frecuencia de Vientos



8. Factor de Capacidad (FC)

Los registros acumulados desde la fecha de funcionamiento de la máquina dando como resultado de 39 %

En Europa (Alemania) sus instalaciones evaluadas promedian un FC de 21 %. (Ref.: Greenpeace-Campaña de Energía-Junio 2001)

9. Costos Iniciales de Las Centrales Piloto

Central Eólica Marcona 450 kW 569 868.00 US$ Costo unitario 1 266.00 US$/Kw

Los costos del cuadro anterior, son los resultados del proceso de adquisición lleve en mano por el PNUD, ( libres de impuestos e IGV). 10. Determinación del Costo de Generación, Costo de Operación y Mantenimiento y VAN de

Los Proyectos Piloto

10.1 Gastos de Operación y Mantenimiento Se ha obtenido de acuerdo a los gastos efectuados en el periodo desde 1999 a 2003

El estimado de los costos de Operación y Mantenimiento se ha tenido en cuenta las siguientes actividades y servicios: Servicio telefónico en la Central para monitoreo de datos Operación y mantenimiento preventivo Alquiler de grúa Mantenimiento especial- repuestos Mantenimiento de línea de interconexión Mantenimiento anticorrosivo Mantenimiento de sistemas de control y software

El resultado es el siguiente:

Central Eólica Marcona 450 kW Cent.US$/kWh Cent. S/./kWh Costo de Operación y Mant. 5.0 17.1

Estos resultados equivale al 8% de la Inversión

10.2 Costo de Generación de Energía

Los costos de generación de energía, será por naturaleza los valores máximos debido a su particularidad de ser piloto, en la evaluación no se considera los aspectos de economía de escala por no ser considerado bosque eólico, los resultado de la evaluación servirán para determinar los niveles tarifarios.



El costo de generación se determina utilizando la siguiente fórmula:

Donde: CCA : Costo de capital anualizado en US$ /kW C O&M : Costo de Operación y Mantenimiento en US$/kW FC : Factor de capacidad de la turbina en % H : Horas de funcionamiento promedio anual del generador . Las consideraciones asumidas se describen en la siguiente Tabla.

Los resultados encontrados son los siguientes:

Descripción

San Juan de Marcona 450

kW Costo de Generación en cUS$/kWh 10.64 Costo de Generación en cS/.kWh 36.38

10.3 Proyección Técnico-Económica del Proyecto Piloto

Los siguientes escenarios presenta dos alternativas, el primero referente la Central Eólica de Marcona sin funcionamiento (Tabla 7) y la Central en operación (Tabla 8); se presenta ambos escenarios a fin de contar con un amplio panorama de las condiciones actuales a fin de proceder al reinicio de las operaciones comerciales.

Costo de Generación = (CCA + C O&M) / (FC . H) = [ US$ /kWh ]

COSTO DE GENERACION DE ENERGIA EN cUS$/kWhCENTRAL EÓLICA 450 KW SAN JUAN DE MARCONAANALISIS TECNICO

AEROGENERADOR:DIAMETRO DE LA PALA 39AREA DEL ROTOR EN (m2) 1195DENSIDAD MEDIA Kg/m3 1.23FACTOR DE CORRECCON DE DENSIDAD 1VELOCIDAD MEDIA ALTURA DEL ROTOR (m/s) 9TIEMPO EN HORAS 5616ENERGIA MAXIMA EXTRAIBLE DEL VIENTO EN kWh(teórico) 3007806.23ENERGIA MAXIMA DE SALIDA DE LA TURBINA EN kWh 2707025.60ENERGIA REAL DE SALIDA CON DISPONIBILIDAD EN kWh 1148950.00DISPONIBILIDAD REAL 0.95DISPONIBILIDAD TECNICA 0.98POTENCIA NOMINAL (RP) EN kW 450FACTOR DE CAPACIDAD 45.5%

COSTOS

NUMERO DE TURBINAS 1POTENCIA INSTALADA EN kW 450COSTO DE INSTALACION DE LA CENTRAL EN US$ 569868.00COSTO DE INSTALACION DE LA CENTRAL EN US$/kW 1266.37TIEMPO DE CONSTRUCCION EN MESES 2TASA DE INTERES DE CALCULO DE COSTO ALTERNATIVO 8%INTERES DURANTE LA CONSTRUCCIÓN US$/kW 5.43COSTO TOTAL CAPITAL US$/kW 1271.80VIDA UTIL EN AÑOS 20TASA DE INTERES REAL 12.0%COSTO DE CAPITAL ANUALIZADO US$/kW 170.27COSTO FIJO DE O&M ALTERNATIVO 8% DE LA INVERSION U 101.31

COSTO TOTAL DE GENERACIÓN (cUS$/ kWh) 10.64COSTO TOTAL DE GENERACIÓN (cS/. kWh) 36.38



Tabla 7. Representa la Central Eólica en reserva, se considera gastos de operación, seguros , depreciación, sin embargo, no es recomendable abandonar estas instalaciones de propiedad de ADINELSA, por lo que, es necesario efectuar mantenimiento básico, es decir, vigilancia, revisión del giro de las aspas, lubricación mantenimiento de la línea de interconexión eléctrica de 34.5 kV y mantenimiento anticorrosivo en el periodo 2004-2008 por estas labores se estima un monto de S/.567,709.00. El periodo 2004-2008 de la Tabla 8, se estima un ingreso neto a favor de ADINELSA de S/. 14,013.59, esta cifra proyectada se ha obtenido de acuerdo a los datos históricos de operación, se ha considerado los gastos por operación, seguros, depreciación, vigilancia, mantenimiento correctivo y tratamiento anticorrosivo a cargo de ADINELSA. Referente a la comercialización de la energía, se ha efectuado conversaciones preliminares con el Municipio de San Juan de Marcona para este fin a través de la red eléctrica de la empresa Shougesa, en cuanto se de las condiciones de operación continua de la Central Eólica San Juan de Marcona.

Tabla 10: Proyecciones Económicas de la Central de Marcona sin funcionar

2004 2005 2006 2007 2008 TOTAL 1.-Producción de Energía

(kWh)11

2.-Ingresos por Generación (S/.)

3.-Costos de Operación y Mantenimiento (S/.) 87,709. 120,000 120,000 120,000 120,000 567,709

4.-Ingreso neto a ADINELSA (S/.) -120,000 -120000 -120000 -120000 -120000 -567,709.

Esta cifra es debido a los gastos que se debe efectuar necesariamente, aún estando parado, no es factible dejar de efectuar trabajos de protección contra la corrosión tanto en la Central Eólica así como en el transformador de potencia, mantenimiento a la línea de interconexión 34.5 kV, si no se llevara a efecto esta actividad, el punto de conexión con la línea de propiedad de la empresa minera de Shougang se tendrían que aperturar el seccionador para no perjudicar el aislamiento integral y esto provocaría el deterioro de los contactos de nuestro seccionador de potencia y como consecuencia el equipo; asimismo, la turbina debe estar en movimiento en vació a fin de proteger los engranajes mediante la lubricación y cambio periódico de grasa y lubricante.

14242 11 Escenario de la Central sin operar.



Tabla 8: Proyecciones Económicas de la Central de Marcona en funcionamiento

2004 2005 2006 2007 2008 TOTAL

1.-Producción de Energía (kWh)12 1322,097 1322,097 1322,097 1322,097 5,288,387

2.-Ingresos por Generación (S/.) 145,430 145,430 145,430 145,430 581,723

3.-Costos de Operación y Mantenimiento (S/.) 87,709 120000 120000 120000 120000 567,709

4.-Ingreso neto a ADINELSA (S/.) -87709 25430.6 25430.6 25430.6 25430.6 14,013.59

10.4 Evaluación Económica

Los proyectos que administra ADINELSA, deben tener un tratamiento mediante el cual no solamente debe verse la Evaluación Social sino fundamentalmente la Evaluación Económica por ser ADINELSA empresa de servicio público con derecho privado, motivo por el cual, en cada proyecto debe ser considerado el costo de inversión registrados el los libros de la empresa y como consecuencia

El siguiente muestra la información registrada de los costos de la infraestructura eléctrica y los resultados promedios de generación de energía eléctrica.

MARCONA Costo de la Central Eólica

569 868.00US$

Costo Unitario 1 266.00 US$/ Kw Energía promedio mensual

110.2 MWh

Costo de O & M 5.0 cent US$/kWh Los parámetros asumidos para la evaluación económica son las siguientes: Tarifa en barra en subestaciones base de Marcona Inversión del proyecto ( transporte, montaje y puesta en operación) Energía real de salida del generador Vida útil de 20 años Tasa de descuento de 12 % Tasa de interés durante la construcción 8% Factor de Capacidad de la central de acuerdo a los datos históricos Horas de funcionamiento anual promedio

Para el análisis del Valor Actual Neto (VAN) se han utilizado tres escenarios. Escenario 1.- Asumiendo la inversión inicial hecha en el proyecto y realizando el análisis para los 20 años de vida del proyecto.

14343 12 A la fecha no está generando energía eléctrica, las cifras son las proyecciones promedio de la energía que generó la Central desde 1999 y que puede cumplir en condiciones normales.



Escenario 2.- Asumiendo que los aerogeneradores ya vienen trabajando por mas de 6 años, por lo que es necesario asumir la depreciación resultado de su uso. Escenario 3.- Asumiendo a los equipos como un costo hundido, es decir asignando un valor de los equipos igual a cero.

Tabla 11: Análisis de Escenarios para cálculo de VAN

Marcona 450 kW

Escenario 1 VAN asumiendo costo total de los equipos -611,870 Escenario 2 VAN asumiendo depreciación de los

equipos -387,690

Escenario 3 VAN asumiendo costo del los equipos iguales a cero -8,210

11. Bosque Eólico en San Juan de Marcona

Los bosques eólicos, están constituidos por un conjunto de aerogeneradores ubicados en un determinado área cuya suma total representa la potencia instalada, la uniformidad de la velocidad del viento dependerá de la característica del terreno, la geografía de Malabrigo y San Juan de Marcona son muy parecidos del tipo eriazo, los registros de velocidad del viento sirven para estimar el potencial eólico del lugar. las extensiones de terreno que se cuenta las potencias aproximadas serían para San Juan de Marcona 100 MW

11.1 Potencial Eólico

Uno de los modelos matemáticos que semeja el comportamiento del viento de ambos lugares, es la función de Weibull.

ƒ(v)=(k/C).(v/C)( k-1 ).exp(-(v/C) k )

Donde: ƒ(v) = función de Weibull en % C =Parámetro de forma en m/s k =Parámetro de escala Los parámetros C y k se determina mediante cálculos estadísticos tomando como base los registros de la velocidad del viento v.

Los valores encontrados13 son C = 11.81 m/s , k =2.66 y v = 10.88 m/s

Los potenciales energéticos que se puede extraer del viento, se han calculado de acuerdo a la siguiente relación:

14444 13 Los resultados encontrados de C y k es el promedio de dos evaluaciones proyectadas a 55 m, el primero resultado de la evaluación anemológica efectuada antes de instalar el aerogenerador en el año 1995 y el segundo, los resultados registrados por el sistema de monitoreo de la central eólica de 450 kW de Marcona desde el año 1999 a la fecha



E = ƒ(v) x (horas) x (Potencia de la Turbina) x Nº de Turbinas

Donde:

E = en kWh Potencia de la turbina en kW

Los valores de energía ( E ) son afectados por factores de pérdidas y utilización, los resultados se aproximan a la energía real de salida. La disposición de las turbinas en el terreno dependerá del diseño de la disposición de las turbinas en el plano del bosque eólico, sin embargo, como información de base, la configuración del terrenos es del tipo arenoso y cuyo parámetro de rugosidad (Zo (m) ) se estima entre 10-4 a 10-3 m.

11.2 Resultados del Potencial del Bosque Eólico

Los resultados obtenidos de los parámetros de los bosques eólicos fue en base a la data de los registros de viento en ambas Centrales, además, se ha tomado como referencia de cálculo, un aerogenerador de 750 kW (unidad comercial), obteniéndose los siguientes resultados:

MARCONA

Potencia instalada 100MW Periodo de evaluación anemológica 5 años Velocidad media a 55 m (proyectada) 10.88 m/s Número de aerogeneradores 133 unidades Energía máxima extraíble del viento 1327 GWh Energía real de salida 375.76 GWh Costo estimado del bosque eólico 107 000 000,0 US$ Costo unitario 1 070,0 US$/Kw

De ejecutarse estos proyectos bajo las condiciones actuales de Mercado se obtendrían ingresos adicionales por la reducción de emisiones de Dióxido de Carbono (CO2) a la atmósfera, estos ingresos a los precios actuales del mercado hacen que los proyectos sean más atractivos. Los ingresos por reducción de emisiones por cada proyecto se presentan en la siguiente Tabla.

Tabla 11: Ingresos por venta de CO2

MARCONA Reducción de Emisiones de CO2, en toneladas 214,188 Precio de US$7/ton CO2 US$ 1’499,319 Precio de US$10 /ton CO2 US$ 2’141,885

Sin embargo a pesar de los posibles ingresos por el mercado de carbono, la rentabilidad de los proyectos aun es baja. Para que el proyecto sea rentable se necesitan tarifas superiores a las actuales. En el caso del bosque eólico de Marcona es rentable con tarifas a partir de los



3,5 ctvos US$/ kWh. Estas tarifas por ser mas altas que las actuales existentes en el mercado eléctrico sería consideradas Premium. Sin embargo podrían ser fácilmente alcanzables en condiciones del mercado por la crisis energética y un adecuada promoción de incentivos.

Tabla 12: VAN para tarifas Premium por energía eólica

MARCONA Tarifa de 3.5 ctvos US$/kWh VAN = 3,933 (TIR=13%) Tarifa de 4 0 ctvosUS$/kWh VAN = 18,141 (TIR=15%) Tarifa de 5,5 ctvosUS$/kWh VAN = 60,764 (TIR=24%) Tarifa de 6.0 ctvos US$/kWh VAN = 74,972 (TIR=26%)

Como se ve las tarifas actuales (de alrededor de 3 ctvos US$/kWh) no hacen viable este tipo de proyectos aun. Por tal motivo es necesario contar con algún incentivo o subsidio que favorezca la inversión en estos proyectos. Es importante mencionar la experiencia europea que otorga precios superiores a aquellos generadores que produzcan energía con viento, motivo por el cual Alemania posee más de 17,000 MW de potencia instalada en proyectos eólicos y España tenga alrededor de 6000MW.

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