Informe Interno. Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCHs)

Transcripción

1 Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial Observatorio de Energía Renovable para América Latina y Caribe Informe Interno Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCHs) Octubre 2012

2 Contenido 1. Definición Clasificaciones Brasil Centrales cuanto a la capacidad de regularización Centrales cuanto al sistema de aducción PCH en Brasil Funcionamiento Cómo funciona? Componentes Beneficios de la energía hidroeléctrica a pequeña escala.. 0

3 1. Definición No existe un consenso internacional sobre la definición de la energía hidroeléctrica a pequeña escala (Pequeña Central Hidroeléctrica PCH). En Canadá pequeña escala puede referirse a la capacidad límite máxima entre 20 y 25 MW. En la India, pequeña escala puede se referir a proyectos hidroeléctricos de hasta 25 MW. En los Estados Unidos y en Brasil centrales hasta 30 MW pueden encuadrarse en pequeña escala. Sin embargo, a nivel internacional, un valor de hasta 10 MW de capacidad total se está convirtiendo en un parámetro ampliamente aceptado para encuadrar una central hidroeléctrica como siendo una PCH. Las PCHs pueden subdividirse en mini hidráulica (generalmente definido como < 500 kw) y micro centrales hidroeléctricas (<100 kw) Clasificaciones Centrales cuanto a la capacidad de regularización En relación a la capacidad de regulación del embalse, las PCHs son clasificadas como: PCH a filo de agua Este tipo de PCH es utilizada cuando los flujos de sequia del río son iguales o mayores que la descarga requerida para la potencia a ser instalada para satisfacer la demanda máxima prevista. En este caso, no tiene en cuenta el volumen del embalse creado por la presa. El sistema de aducción de agua debe estar diseñado para manejar la descarga necesaria para proporcionar la energía que satisface la demanda máxima. El aprovechamiento

4 energético local será parcial y el aliviadero funcionará en casi todo el tiempo, vertiendo el exceso de agua. Este tipo de PCH presenta, entre otras, las siguientes simplificaciones: Dispensa de estudios para la regularización de los flujos Dispensa de estudios de estacionalidad de la carga eléctrica de los consumidores Facilita los estudios y el diseño de la toma de agua PCH de acumulación, con regularización diario del embalse Este tipo de PCH es utilizada cuando los flujos de sequia de los ríos son inferiores a lo flujo necesario para proporcionar la potencia para satisfacer la demanda máxima del mercado consumidor y ocurren con un riesgo superior al adoptado en el proyecto. En este caso, el embalse proporcionará el flujo adicional requerido regularizado. PCH de acumulación con regularización mensual del reservatorio Cuando el proyecto de PCH leva en consideración datos de los flujos medios mensuales en su dimensionamiento energético, analizando los flujos medios mensuales de la sequía, se supone una regularización mensual de los flujos medios diarios, promovido por el embalse Centrales cuanto al sistema de aducción En cuanto al sistema de aducción de agua, se consideran dos tipos de PCH: Aducción a baja presión con flujo libre en canal / alta presión en tubería de carga Aducción a baja presión a través de tubería / alta presión en tubería de carga

5 La elección de un tipo u otro depende de las condiciones topográficas y geológicas que presenta la ubicación del aprovechamiento, así como de estudio económico comparativo. Para un sistema de aducción largo, cuando la inclinación de la ladera (pendiente) y las condiciones de cimentación son favorables para la construcción de un canal, este tipo, en principio, debería ser la solución más económica. Para un sistema de aducción corto, la opción por una sola tubería, para tramos de baja y alta presión, debe ser estudiada PCH en Brasil En Brasil, lo que define a una hidroeléctrica como una PCH es su potencia instalada y el tamaño de su embalse. En 2003, la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (ANEEL), mediante la Resolución 652, del 9 de diciembre de 2003, definió como siendo PCH aquellos aprovechamientos hidroeléctricos con área del embalse inferior a 3,0 km 2 cuya potencia sea superior a 1 MW y no superior a 30 MW. Además, para encuadrarse en la modalidad de PCH, la energía producida debe ser destinada a la producción independiente, auto-producción o producción independiente autónoma. Sin embargo, es posible que un aprovechamiento hidroeléctrico todavía sea considerado una PCH mismo sin tener en cuenta la limitación de la zona de embalse, desde que siempre sean respetados los límites de potencia y el modo de funcionamiento. Por lo tanto, el proyecto debe cumplir al menos una de las siguientes condiciones: i) satisfacer la desigualdad: A (14,3 P) Hb

6 Donde, A es el área del embalse en km 2, es decir, la zona de aguas arriba de la presa, delimitado por el nivel de agua máximo normal de funcionamiento; P es la potencia eléctrica instalada en MW; Hb es la altura de la cabeza (caída) bruta en metros, definida como la diferencia entre los niveles de agua máximos normales de aguas arriba y aguas abajo; o ii) tener el diseño del embalse comprobadamente basado en otros objetivos que no la generación de energía eléctrica, por ejemplo, con el objetivo de almacenamiento de agua para riego, regularización hídrica, recreación etc.). 2. Funcionamiento Las PCHs capturan la energía de la corriente de agua y la convierten en energía utilizable. Aunque el potencial de los sistemas PCHs depende de la disponibilidad de los flujos de agua adecuados, donde el recurso existe él puede proporcionar electricidad fiable, barata y limpia. Además, un sistema bien diseñado de pequeñas centrales hidroeléctricas puede mezclarse con su entorno y presentar impactos ambientales negativos mínimos. Las PCHs tienen un enorme potencial aún no explotado en la mayoría de las áreas del mundo y puede hacer una contribución significativa a las necesidades energéticas futuras. Otra ventaja es que las PCHs dependen en gran medida de tecnologías ya probadas y desarrolladas. Sin embargo, todavía existe un margen considerable para el desarrollo y optimización de esta tecnología Cómo funciona?

7 Sistemas hidroeléctricos utilizan la energía que fluye en el agua para producir electricidad o energía mecánica. El agua fluye a través de un canal o una tubería de carga a una rueda hidráulica o turbina donde se golpea el cubo de la rueda, haciendo que el eje de la rueda hidráulica o turbina gire. Para generar electricidad, el eje de rotación está conectado a un alternador o generador, convirtiendo el movimiento del eje en energía eléctrica. Esta energía eléctrica se puede usar directamente, almacenada en baterías, o invertida para producir electricidad de calidad para suministrar a la red eléctrica. Una PCH requiere que un flujo considerable de agua y una altura apropiada de la caída de agua sean obtenidos sin la construcción de instalaciones elaboradas y costosas. Se pueden desarrollar PCHs en las presas existentes que tengan sido construidas en relación a proyectos civiles de control del nivel de agua de un río y/o de un lago, y sistemas de riego. Mediante el uso de las estructuras existentes, sólo pequeñas nuevas obras de ingeniería civil son necesarias, lo que reduce el costo de este componente en un desenvolvimiento. Alternativamente, en regiones con un relevo más accidentado, es posible desarrollar cabezas relativamente altas sin elaboradas o costosas obras de ingeniería civil de modo que flujos relativamente más pequeños son requeridos para producir la potencia deseada. En estos casos, puede ser posible construir una estructura de desviación relativamente simple y obtener la mayor caída mediante la desviación de los flujos en la parte superior de una cascada o de un curso de agua que cae abruptamente Componentes Una PCH tiene la disposición típica como se muestra en la Figura 1:

8 Figura 1 - Principales componentes de una PCH 1. Embalse: acumula agua para regular el río y asegurar un caudal mínimo para ser alimentado. 2. Aliviadero: controla el nivel del embalse, impidiendo que en una grande crecida el agua pase por encima de la presa, dañando su estructura. 3. Presa de concreto: mismo propósito de la presa de tierra. Puede ser de mampostería o madera, y alberga la toma de agua y el aliviadero (desagüe). 4. Presa de tierra: sirve como un obstáculo al curso de agua natural, y para formar el embalse. 5. Toma de agua: estructura para la captación del agua del embalse. Se construye generalmente de hormigón. 6. Canal de aducción: conduce el agua del embalse de la toma de agua hasta la cámara de carga. Sigue una mismo curva de nivel (prácticamente no tiene caída).

9 7. Cámara de carga: elemento de conexión entre el canal de aducción y la tubería de carga, no permitiendo la entrada de aire en la segunda. 8. Tubería de carga: conduce el agua bajo presión en el tramo más inclinado, hasta la casa de máquinas, donde será turbinada. 9. Casa de máquinas: alberga los grupos electrógenos (turbina y generador eléctrico) y el equipo de control. A veces se puede alojar los equipos de transmisión eléctrica. 10. Canal de fuga o reembolso: devuelve al lecho del río el flujo de agua que pasó a través de la turbina y generó energía. 11. Lecho original del río: se debe mantener un caudal mínimo (llamado flujo sanitario) por razones ambientales. 12. Río Normal: el tramo inmediatamente después el canal de fuga debe mantener las mismas características originales de antes de la construcción de la PCH. 3. Beneficios de la energía hidroeléctrica a pequeña escala Los sistemas hidroeléctricos, incluyendo las PCHs, proporcionan los siguientes beneficios generales: La energía hidroeléctrica es una fuente continua de energía eléctrica renovable. La energía hidroeléctrica no contamina - no hay calor o gases nocivos liberados. La energía hidroeléctrica no tiene ningún costo de combustible y, con bajos costos de operación y mantenimiento, es esencialmente a prueba de inflación. La tecnología de la energía hidroeléctrica es una tecnología probada que ofrece un funcionamiento fiable y flexible.

10 Las estaciones hidroeléctricas tienen una larga vida útil y muchas de las estaciones existentes han estado en funcionamiento durante más de medio siglo y siguen funcionando de manera eficiente. Las centrales hidroeléctricas pueden lograr eficiencias de conversión de más del 90%, por lo que es la más eficiente de las tecnologías de conversión de energía. Las hidroeléctricas ofrecen una forma de responder en cuestión de segundos a los cambios en la demanda de carga. Además, el atractivo de las PCHs se basa, principalmente, debido a sus características de bajo impacto ambiental, menor inversión y período de maduración más corto.