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UNIVERSIDAD DE ACONCAGUA INGENIERÍA CIVIL INDUSTRIALASIGNATURA: ING. DE PROCESOS IISEDE CALAMA
ENERGIA HIDROELÉCTRICA
29 de Noviembre 2014
Profesor : Néstor Peña P.
Asignatura : Ing. De Procesos II
Integrantes : José Rodríguez F.
Cristian Villarroel C.
1. INDICE
2.- INTRODUCCION Pag. 4
3.- ENERGIA HIDROELECTRICA Pag. 53.1.- EnergíaHidroeléctrica Pag. 53.2.- Central Hidroeléctrica Pag. 53.3.- Historia de la EnergíaHidroeléctrica Pag.5-63.4.- Principales proyectos Hidroeléctrica Pag. 6-73.5.- Componentes principales de una Central Hidroeléctrica Pag. 83.6.- Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica Pag. 93.7.- Ventajas e inconvenientes de las Centrales Hidroeléctricas Pag. 9-103.8.- Impacto ambiental de las centrales Hidroeléctricas Pag. 11
4.- CONTEXTO NACIONAL Pag. 124.1.- Contexto Nacional Pag. 124.2.- Capacidad sistema eléctrico Pag. 124.3.- ERNC en Chile Pag. 134.4.- Cambios en el horizonte Pag. 144.5.- Desarrollo ERNC a nivel mundial Pag. 15
5.- COSTOS Pag. 165.1.- Comparación de costos Pag. 165.2.- Costos Hidroelectricidad Pag. 17-18
5.2.1.- Costos de Inversión y factores que lo afectan Pag. 18-195.2.2.- Otros costos de los proyectos hidroeléctricos Pag. 195.2.3.- Parámetros de desempeño que afectan los LCOE Pag. 205.2.4.- Futuras tendencias de los costos de los proyectos Hidroeléctricos Pag. 21
5.3.- Caso chileno Pag.22
6.- MARCO REGULATORIOEN CHILE Pag. 23
7.- CONCLUSION Pag. 24
8.- REFERENCIAS Pag.25
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1.1. INDICE DE FIGURAS
3.1.- Esquema de proyectos hidroeléctricos de almacenamiento Pag. 43.2.- Proyecto hidroeléctrico de almacenamiento Pag. 53.3.- Proyecto hidroeléctrico de pasada Pag. 63.4.- Proyecto hidroeléctrico de acumulación por bombeo Pag. 63.5.- Represa de una central hidroeléctrica Pag.7
4.1.- Evolución costo marginal SIC y SING Pag. 114.2.- Demanda SIC y SING en el periodo 2000-2020 Pag. 124.3.- Duplicación de la demanda eléctrica chilena Pag. 124.4.- Estado de proyecto ERNC en el país Pag. 134.5.- Proyectos con dificultades en financiamiento Pag. 134.6.- Inyección ERNC reconocida por la ley 20257 Pag. 134.7.- Composición de la matriz energética a nivel mundial Pag. 14
5.1.- Generación SIC y SING por fuete primaria Pag. 165.2.- Comparación del LCOE para las distintas ERNC Pag. 175.3.- Emisión de gases de las distintas ERNC Pag. 175.4.- Costos de inversión para plantas de energía hidroeléctrica Pag. 185.5.- Costos de equipos eléctricos y mecánicos en función de la capacidad instalada Pag. 195.6.- Avance de tecnologías en túnel Pag. 215.7.- Proyectos Mini-Hídricos en trámite en chile Pag. 22
6.1.- Exigencias de cuotas de ERNC según marco regulatorio Pag. 23
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2. INTRODUCCION
La energía hidroeléctrica es aquella que se produce a través de las corrientes de agua, su capacidad de producción depende de la cantidad de caudal y de la posición (energía cinética y potencial). Este tipo de proceso es sencillo y se ha utilizado desde hace décadas de años, sus primeras aplicaciones se encuentran en los molinos que aprovechan el caudal de un río para mover una serie de mecanismos que realizan un trabajo. Éste tipo de energía es completamente limpia ya que no genera residuo alguno.
La central hidroeléctrica es una instalación que capta la energía cinética generada por las corrientes de agua que se encuentran a desnivel, con esto permite el movimiento de turbinas que, a su vez realiza un movimiento giratorio que acciona un alternador y produce corriente eléctrica.
En la actualidad en nuestro país la matriz energética está compuesta principalmente por combustibles fósiles como el carbón, gas y petróleo. Pero estos recursos energéticos son agotables, es decir, son recursos finitos y dada la creciente demanda eléctrica se explotan cada vez más rápido, por lo que esto plantea sin dudas un desafío para obtener energía en el futuro.Conjuntamente surge una interrogante sobre cuánto podremos seguir explotando estos recursos y cuánto más podrá soportar nuestro planeta.
A nivel país es imprescindible en la actualidad encontrar energías que nos permitan tener una mayor autonomía que minimicen el impacto ambiental y que los costos de estas sean viables. Es por esto que en este trabajo analizaremos los costos de estas tecnologías sustentables, planteando datos concretos sobre cada tecnología y analizando los factores que influyen en los cambios de costos, de modo de ser capaces de proyectar, en un futuro no muy lejano, una matriz eléctrica basada en recursos renovables
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3. ENERGIA HIDROELÉCTRICA
3.1ENERGÍA HIDROELECTRICA
La energía hidroeléctrica es la energía derivada de la corriente de agua. Esto puede ser flujos de ríos o flujos artificiales hechos por el hombre, donde el agua fluye desde un depósito en altura através de un túnel hacia fuera del embalse. Turbinas colocadas dentro del flujo de agua extraen su energía cinética y la convierten en energía mecánica. Esto hace que las turbinas giren a alta velocidad, conduciendo al generador para convertir la energía mecánica en energía eléctrica. La cantidad de energía hidráulica generada depende del flujo de agua y la distancia vertical (conocida como “cota”) desde la cual cae el agua.
3.2 CENTRAL HIDROELECTRICA
Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores.
Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:
Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica. Mini centrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW. Micro centrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.
Figura 3.1 Esquema de Proyecto Hidroeléctrico de Almacenamiento
3.3 HISTORIA DE LA ENERGIA HIDROELECTRICA
Este tipo de energía lleva años explotándose. Los agricultores, desde la Grecia antigua han utilizado molinos de agua para moler trigo y hacer harina. Localizados en los ríos, los molinos de agua recogen
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el agua en movimiento en cubos situados alrededor del molino. La energía cinética del agua en movimiento gira el molino y se convierte en la energía mecánica que mueve el molino.
La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad. La primera central hidroeléctrica en Chile fue Chivilingo (hoy VIII Región), se inauguró en 1897 y estuvo en funcionamiento hasta 1976.
La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX y lo que va corrido del actual siglo XXI.
Así, la primera central de importancia (en tamaño y rendimiento) se construyó en 1895, en las cataratas del Niágara (EE.UU.). A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene el 60 por ciento de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento.
Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99 %), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo.
La energía hidroeléctrica proporciona casi un quinto de la electricidad de todo el mundo. China, Canadá, Brasil, Estados Unidos y Rusia fueron los cinco mayores productores de este tipo de energía en 2004. Una de las centrales hidroeléctricas de mayor tamaño del mundo se encuentra en los Tres Cañones sobre el río Yangtsé de China.
3.4 PRINCIPALES PROYECTOS HIDROELECTRICOS:
Sistemas de Almacenamiento: En los sistemas de almacenamiento, una represa confina agua a un depósito que alimenta la turbina y el generador, que normalmente se encuentra dentro de la represa.
Figura 3.2 Proyecto Hidroeléctrico de Almacenamiento
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Sistemas de Pasada: Las centrales de pasada utilizan esquemas utilizando el flujo natural de un río, donde un vertedero puede mejorar la continuidad del flujo. Ambos sistemas, de almacenamiento y de pasada, pueden ser esquemas de desvío, donde el agua se canaliza a partir de un río, lago o embalse para una central eléctrica a distancia, que contiene la turbina y el generador.
Figura 3.3 Proyecto Hidroeléctrico de PasadaFuente: http://www.goodenergy.cl/images/central-paso.png
Sistemas de Acumulación por Bombeo: La acumulación por bombeo incorpora dos depósitos. En los momentos de baja demanda, por lo general en la noche, la electricidad ayuda a bombear el agua desde la parte inferior de la cuenca hacia la parte alta. Luego, esta agua se libera para producir energía en un momento en que la demanda, y por lo tanto el precio, es alta. Aunque no es estrictamente una energía renovable (a causa de su dependencia de la electricidad), la acumulación por bombeo es muy buena para mejorar la eficiencia energética en general.
Figura 3.4Proyecto Hidroeléctrico de Acumulación por BombeoFuente: http://www.ecovive.com/wp-content/uploads/2010/02/central-de-bombeo.jpg
Si bien la energía hidroeléctrica es una tecnología probada y madura, sigue avanzando y ampliando su espectro de aplicación, por ejemplo mediante el desarrollo de tecnologías más baratas para aplicaciones de pequeña capacidad y baja cota, de modo de permitir la explotación de los ríos más
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pequeños y embalses menos profundos. Las tecnologías hidrocinéticas están siendo desarrolladas para no requerir una carga hidráulica, sino extraer la energía de los flujos de agua en los ríos y vías fluviales.
Los pequeños sistemas (menos de 20 MW) ahora ofrecen una mayor oportunidad de proporcionar una fuente de energía fiable, flexible y de costo competitivo, con un mínimo impacto ambiental. Estos sistemas de pequeña escala están haciendo una contribución cada vez mayor hacia las nuevas instalaciones de energías renovables en muchas regiones del mundo, especialmente en regiones rurales o remotas, donde otras fuentes convencionales de energía son menos disponibles. Los pequeños sistemas pueden estar asociados con una presa y el depósito de almacenamiento o puede estar situado en una corriente en movimiento que convierte una pequeña turbina en energía renovable. La cantidad de energía producida a partir de estos sistemas depende de la velocidad de flujo del río y el volumen de agua en el río.
Muchas plantas de energía hidroeléctrica construida hace 50 a 100 años siguen funcionando hoy en día. La energía hidroeléctrica es la más probada, eficiente, flexible y confiable de electricidad basado en los más de cien años de experiencia. Mejoras y acondicionamiento pueden fácilmente extender la vida útil de las plantas que contribuyen al bajo costo de la electricidad en centrales hidroeléctricas.
3.5 COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA
La presa:Se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. Rebosaderos:Elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase
por la sala de máquinas. Destructores de energía:Se utiliza para evitar que la energía que posee el agua que cae
desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía:
Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.
Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.
Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y elementos de regulación y control de la central.
Turbina. Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua.
Alternador. Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica.
Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones.
En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormigón. Su construcción está siempre condicionada a las condiciones geográficas.
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Por eso, la mejor solución es construir un túnel de carga, aunque el coste de inversión sea más elevado.La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000m y hormigón para saltos de agua de 500m.
Válvulas, dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías. Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para
evitar el llamado “golpe de ariete”, que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica.
La turbina hidráulica: Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energía en las centrales hidráulicas. Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua.Su componente más importante es el rotor, que tiene una serie de palas que son impulsadas por la fuerza producida por el agua en movimiento, haciéndolo girar.
3.6 FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA
La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad.
Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central.
El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación.El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión.
El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe.
3.7 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS
Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son:
No necesitan combustibles y es una energía totalmente limpia, no emite gases, no produce emisiones tóxicas, y no causa ningún tipo de lluvia ácida y, desde este punto de vista, es ecológica.
Se trata de una energía renovable de alto rendimiento energético.
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Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío, como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas.
Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos. Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido. Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable. Pueden regular el caudal del río evitando posibles riesgos de inundación en caso de crecida
anormal.
Ventajas económicas
La gran ventaja de la energía hidroeléctrica es la eliminación de combustibles. El coste de operar una planta hidráulica es casi inmune a la volatilidad de los precios de los combustibles fósiles como petróleo, el carbón o el gas natural. Además, no hay necesidad de importar combustibles de otros países.
Las plantas hidráulicas también tienden a tener vidas económicas más largas que las plantas eléctricas que utilizan combustibles. Hay plantas hidráulicas que siguen operando después de 50 a 99 años. Los costos de operación son bajos porque las plantas están automatizadas y necesitan pocas personas para su operación normal.
Como las plantas hidráulicas no queman combustibles, no producen directamente dióxido de carbono. Muy poco dióxido de carbono es producido durante el período de construcción de las plantas, pero es poco, especialmente en comparación a las emisiones de una planta equivalente que quema combustibles.
En contra de estas ventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes:
El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales eléctricas.
La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estación.
Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados. En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes
de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados. La construcción de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de terreno,
obviamente en función de la topografía del terreno aguas arriba de la presa, lo que podría significar pérdida de tierras fértiles, dependiendo del lugar donde se construyan.
En el pasado se han construido embalses que han inundado pueblos enteros. Con el crecimiento de la conciencia ambiental, estos hechos son actualmente menos frecuentes, pero aún persisten;
Destrucción de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser destructivas a los ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, estudios han mostrado que las presas en las costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de trucha septentrional común que necesitan migrar a ciertos lugares para reproducirse. Hay bastantes estudios buscando soluciones a este tipo de problema. Un ejemplo es la invención de un tipo de escalera para los peces;
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Cambia los ecosistemas en el río aguas abajo. El agua que sale de las turbinas no tiene prácticamente sedimento. Esto puede dar como resultado la erosión de los márgenes de los ríos.
Cuando las turbinas se abren y cierran repetidas veces, el caudal del río se puede modificar drásticamente causando una dramática alteración en los ecosistemas.
Figura 3.5 Represa de una Central Hidroeléctrico
3.8 IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS
Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética limpia. Aun así, existen determinados efectos ambientales debido a la construcción de centrales hidroeléctricas y su infraestructura.
La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles:
Sumerge tierras, alterando el territorio. Modifica el ciclo de vida de la fauna. Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y
sedimentos, como limos y arcillas). Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la composición
del agua embalsada y el microclima.
Los costos ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalúan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.
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4. CONTEXTO NACIONAL
4.1CONTEXTO NACIONAL
Actualmente en Chile existe una preocupación especial de cómo integrar energías renovables no convencionales en la matriz eléctrica. Las principales razones apuntan a mejorar la huella de carbono al país, bajar los costos marginales con energías competitivas y aprovechar los recursos energéticos del país entregando una mayor autonomía.
Para llevar a cabo este cambio se requiere un incentivo dado que los costos de estas tecnologías aún no son competitivas en su mayoría con el de las convencionales, de forma que en Chile se optó por el modelo de exigir cuotas a los contratos de energía para que un porcentaje provenga de ERNC.
4.2CAPACIDAD SISTEMA ELECTRICO
El sistema eléctrico chileno en la actualidad está exhibiendo altos precios de energía debido a una escasez en la capacidad de generación bajo energías competitivas, situación arrastrada desde la crisis del gas argentino y más adelante consolidada por una hidrología seca y altas dificultades de nuevos proyectos para conseguir aprobación por parte de la ciudadanía.
Como vemos en el siguiente gráfico, los costos marginales del sistema han escalado hasta llegar a valores de 300 USD/MWh para estar hoy en día en torno a los 100-150 USD/MWh. Estos valores se espera que evolucionen a largo plazo según los últimos contratos de licitaciones a valores cercanos a los 90-100 USD/MWh.
Figura 4.1 Evolución costo marginal SIC y SINGFuente: Ministerio de Energía, CDEC-SIC y CDEC-SING.
El desafío que se presenta a futuro es como lograr reducir estos costos dado el alto rechazo que ha presentado la sociedad a grandes proyectos de generación como lo es Hidro Aysén o como lo fue la central Castilla en base a carbón.
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Las proyecciones indican que al año 2020 deberemos incluir 8000 MW de potencia adicional a nivel nacional. El siguiente gráfico muestra las proyecciones de demanda de energía hasta el año 2030. Basados en la estadísticas de años pasados y en estudios acerca de las proyecciones de aumento de demanda se dice que cada 10 años, a una tasa de crecimiento del 6%, necesitamos duplicar la capacidad eléctrica. El gráfico de la figura 4.2 muestra esta situación
Figura 4.2 Demanda SIC y SING en el periodo 2000-2030Fuente: CNE y Ministerio de Energía.
Figura 4.3 Duplicación de la DemandaEléctrica Chilena.Fuente: Ministerio de Energía y IEA
4.3 ERNC EN CHILE
Actualmente en Chile existen 720MW de potencia instalada en base a ERNC. Esta capacidad representa un 4,5% de la capacidad instalada total en el país de energía eléctrica. Con respecto a la suma de proyectos aprobados y los que están en calificación existen 4694MW de potencia que podrían aportar estas energías limpias. Hay diferencias sin embargo en cuanto a las contribuciones de ERNC según tipo de energía. En la actualidad los mayores actores son la energía eólica, la biomasa y la energía mini-hidro.
La siguiente tabla muestra la capacidad instalada según cada tipo de energía, la que está en construcción y la que está aprobada. A través de la tabla vemos el enorme potencial que tiene la energía eólica en Chile pero hay que tener en cuenta que aún existen trabas para lograr instalar toda esa capacidad. Entre estas trabas está la limitación técnica del sistema SING, estimada en 300MW máximos de generación en base a estas tecnologías, los problemas asociados a la lejanía de las líneas de transmisión para algunos proyectos, y la dificultad de financiamiento que están teniendo
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estos proyectos al no lograr tener contratos con clientes libres o distribuidoras, de forma que no pueden conseguir emitir deuda con la banca. La tabla 4.5 muestra el número de proyectos y la capacidad total asociada a estos que están teniendo problemas de financiamiento.
Tabla 4.4 Estado Proyectos ERNC en el país.Tabla 4.5 Proyectos con dificultades en financiamientoFuente: SEIA, CDEC, CER (2012).Fuente: CER (2011).
En cuanto al aporte anual de cada tecnología, en el año 2011 la generación hídrica representó el 53% de las inyecciones, seguido de la eólica con un 25% y la biomasa con un 22%.
Figura 4.6 Inyección ERNC reconocida por la Ley 20257Fuente: CDEC-SIC, CER.
4.4CAMBIOS EN EL HORIZONTE
Dentro de los principales cambios que pueden ocurrir en el horizonte está la aprobación por parte del gobierno del proyecto 20/20 que básicamente exige que un 20% de la energía vendida provenga de fuentes ERNC. Este cambio regulatorio podría impulsar muchos de estos proyectos debido a las multas que arriesgan los generadores al no cumplir con la normativa. Sin embargo aún surgen dudas del costo real que tendrá esto en el sistema y si la capacidad técnica de instalar estas energías existe, lo que pone en duda este proyecto.
Centrales hidroeléctricas
En nuestro país, las centrales que abastecen el Sistema Interconectado Central (el más grande, los sistemas interconectados que existen, pues cubre desde Taltal a Chiloé) son 35 y se encuentran distribuidas entre la Cuarta y la Décima región (no hay en la IX Región). De este total, 26 son centrales de pasada y nueve de embalse.
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Central Chivilingo
Inaugurada en 1897, en las cercanías de Lota (VIII Región), fue la primera central hidroeléctrica de
Chile. En su tiempo llegó a producir unos 43 KW de corriente continua. En 1912, los equipos fueron
reemplazados por otros, que producían corriente alterna. Esta energía se enviaba a Lota a través de
un tendido de 12 km. y con una potencia de 12.000 voltios, que en Lota eran transformados a 110
voltios. Estuvo en funcionamiento hasta el año 1976.
Central Ralco
Inaugurada en el 2004, esta es hasta ahora la central más grande de Chile y está ubicada en la zona
del Alto Biobío (VIII Región). Aporta cerca del 10% de la energía requerida por el Sistema
Interconectado Central (SIC), que abastece el consumo entre Taltal y Chiloé. Su potencia instalada es
690 MW, producto de una caída neta de 175 m. Su presa de hormigón compactado es de 155 m de
alto y 360 m de largo en su coronamiento.
4.5 DESARROLLO ERNC A NIVEL MUNDIAL
A nivel mundial ha habido un desarrollo importante de las ERNC. Hacia el año 2008 la matriz energética del mundo estaba compuesta (y está compuesta en forma similar hoy en día) por un presencia creciente de estas las energías renovables. La figura 6.2.1 ilustra esta situación.
Figura 4.7 Composición de la matriz energética a nivel mundial
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5. COSTO
5.1 COMPARACIÓN DE COSTOS
Las tecnologías convencionales están experimentando fuertes problemas en cuanto a la aprobación de los proyectos por el creciente rechazo de la ciudadanía a la intervención de áreas geográficas y al rechazo de la contaminación producida. Debemos considerar además la situación mundial en la que la huella de carbono cobra cada vez más relevancia. el precio de la energía relacionado a hidrocarburos ha aumentado considerablemente, y la energía nuclear se ve como una opción cada vez más lejana. La competitividad que tienen grandes proyectos de generación eléctrica en cuanto a las economías de escala se pierde al tener que enfrentar demorosos procesos de tramitación.
La situación actual es tal, que hoy en día sólo existen 2 proyección de generación en base a tecnología convencional: Neltume (hidroeléctrica, 490 MW) y Punta Alcalde (carbón, 740 MW), ambas del grupo Endesa.
Las alternativas que parecen ser la solución a largo plazo en el caso chileno son las centrales hidroeléctricas, a carbón, en base a GNL y los proyectos de ERNC. Hoy en día la generación es principalmente en base a hidroelectricidad, carbón y GNL como muestra la figura 8.1.
Figura 5.1 Fuente SIC + SING por fuente primaria
De la misma forma la figura 5.2 muestra que hoy en día las tecnologías de biomasa, geotérmica, eólica y mini-hidro, pueden entrar al mercado a competir en términos económicos, tal como está ocurriendo actualmente a nivel mundial y nacional.
6.
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Figura 5.2 Comparacion del LCOE para las distintas ERNC
7.8. Con respecto a las emisiones de gases que tiene cada tecnología, en la tabla 5.3 se muestra que las
tecnologías ERNC, en especial la mini-hidro, tienen una ventaja comparativa importante en relación a las tecnologías convencionales.
Figura 5.3 Emisión de gases de las distintas ERNC
5.2COSTOS HIDROELECTRICOS
La generación de energía hidroeléctrica es una tecnología renovable madura que puede proporcionar electricidad, así como una variedad de otros servicios a bajo costo en comparación con muchas otras tecnologías de energía. Existe una variedad de perspectivas de mejora de la tecnología disponible actualmente, pero probablemente esto no se traduzca en una tendencia clara y sostenida de costos debido a otros factores de contrapeso.
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Los factores fundamentales que afectan al costo nivelado de la electricidad (LCOE) de las plantas hidroeléctricas son los costos iniciales de inversión, la operación y mantenimiento (O&M), los costos de desmantelamiento, el factor de planta, la vida económica útil de la inversión, y el costo del financiamiento del proyecto (tasa de descuento).
Es importante reconocer que el LCOE no es el único determinante del valor económico o la rentabilidad de los proyectos hidroeléctricos. Las centrales hidroeléctricas diseñadas para satisfacer demandas máximas, por ejemplo, pueden tener LCOE relativamente altos. Sin embargo, en estos casos, no sólo es el costo por unidad de potencia suele ser mayor, sino también los precios medios de energía durante los períodos de máxima demanda y por lo tanto los ingresos por unidad de energía vendida en el mercado.
Dado que los proyectos hidroeléctricos pueden proporcionar múltiples servicios, además del suministro de energía eléctrica, la asignación de costo total para el uso individual también es importante para el resultado LCOE.
5.2.1 Costo de inversión y factores que lo afectan
Básicamente, hay dos grupos principales de costos de inversión en proyectos de energía hidroeléctrica que son los costes de construcción civil, que normalmente son los mayores costos del proyecto de energía hidroeléctrica, y el costo de los equipos electromecánicos para la transformación de la energía. Además, los costos de inversión incluyen los costos de planificación, análisis de impacto ambiental, concesión de licencias, la mitigación de la pesca y vida silvestre, la mitigación de recreación, mitigación histórica y arqueológica, y monitoreo de la calidad del agua.
La figura 5.4 muestra que, si bien hay una tendencia general de aumento de los costeo de inversión a medida que aumenta la capacidad, también hay una amplia gama de costos para proyectos de la misma capacidad, dados por la desviación de la línea de tendencia general (azul). Por ejemplo, un proyecto de 100 MW tiene un costo promedio de inversión de USD 200 millones (2000 USD/kW), pero el rango de los costos es de menos de USD 100 millones (1000 USD/kW) y hasta más de USD 400 millones (4000 USD/kW).
Figura 5.4 Costos de inversión para plantas de energía hidroelectrica
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En proyectos de energía hidroeléctrica, donde la capacidad instalada es inferior a 5 MW, los costos de los equipos electromecánicos, tienden a dominar. A medida que aumenta la capacidad, los costos son cada vez más influenciada por el costo de las estructuras civiles. Los componentes del proyecto de construcción que afectan los costos de construcción civil, la mayoría son presas, tomas de agua, conductos de presión hidráulica (túneles y compuertas) y las centrales eléctricas, por lo tanto, estos elementos tienen que ser optimizados cuidadosamente durante la etapa de diseño de ingeniería.
La misma capacidad de generación global se puede lograr con unas pocas unidades generadoras de grandes o varias pequeñas. Las plantas que utilizan unidades generadoras más pequeñas tienen mayores costos por kW que las plantas que las con grandes unidades. Los altos costos por kW de capacidad instalada asociados con un alto número de unidades de generación se justifican por una mayor eficiencia y flexibilidad de la integración de las centrales hidroeléctricas en la red eléctrica.
Los costos de equipos electromecánicos, en contraste con los costos de construcción civil, siguen los precios del mercado mundial para estos componentes. Alvarado-Ancieta (2009) presenta el costo típico de los equipos electromecánicos de varios proyectos hidroeléctricos.
Figura 5.5 Costos de equipos económicos y mecánico en función de la capacidad instalada
Los costos específicos de inversión (por kW instalado) tienden a reducirse a una mayor cota y capacidad instalada del proyecto. Con mayor cota, el proyecto hidroeléctrico se puede configurar para utilizar menos volumen de flujo, y por lo tanto más pequeños conductos hidráulicos o pasajes. El tamaño del equipo es también más pequeño y los costes relacionados son más bajos.
Los resultados de dos de los estudios que figuran en la tabla 5.4 se pueden utilizar para ilustrar la distribución característica de los costos de inversión en ciertas áreas geográficas. Los estudios
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detallados de los costos de inversión dan una idea de cuánto del potencial técnico puede ser explotados en o por debajo de los costes específicos de inversión. Los resultados de dos estudios sobre los costos de inversión acumulados
5.2.2 Otros costos de los proyectos hidroeléctricos
Costos de operación y mantenimiento (O&M): Una vez construidas y puestas en funcionamiento, las centrales hidroeléctricas por lo general requieren muy poco mantenimiento y los costos de operación se puede mantener bajos, ya que las plantas hidroeléctricas no tienen los costos recurrentes en cuanto a combustibles. Los costos de O&M se dan generalmente como un porcentaje del costo de inversión por kW. El estudio del Consejo Europeo de Energías Renovables junto con Greenpeace, utiliza un 4% para los costos de O&M, lo que puede ser apropiado para la energía hidroeléctrica a pequeña escala, pero es demasiado alto para las centrales hidroeléctricas de gran escala. El WEO, estudio hecho por la Agencia Internacional de Energía (IEA), utiliza un 2,5% (IEA, 2008a), el 2,2% para la energía hidroeléctrica de gran escala de 3% para proyectos más pequeños. Un promedio típico de los costos de O&M para la energía hidroeléctrica es de 2,5%, cifra que se utiliza en los cálculos LCOE que siguen.
Los costes de clausura: las plantas hidroeléctricas rara vez están fuera de servicio por lo que es muy difícil encontrar información sobre los costes de desmantelamiento. Una alternativa a la clausura es renovación de licencias y operación del proyecto continuo. Unos pocos casos de clausura de presas han sido reportados en la literatura, pero estas presas no suelen ser las represas hidroeléctricas. Debido a la larga duración de los proyectos hidroeléctricos, los costes de desmantelamiento que se producen entre 40 y 80 años en el futuro es poco probable que contribuyan significativamente a la LCOE. Por lo tanto, los costes de desmantelamiento no están incluidos en los análisis LCOE para la energía hidroeléctrica.
5.2.3 Parámetros de desempeño que afectan el LCOE
Factor de planta: Para las fuentes de energía variable como el viento, sol y las olas, la distribución estadística de la fuente de energía determinará en gran medida el factor de planta. Para la energía hidroeléctrica, sin embargo, el factor de planta en general se estructura en la planificación y optimización del proyecto, teniendo en cuenta tanto la distribución estadística del flujo y las características de la demanda del mercado para la energía. Una planta de energía en horas punta será diseñado para tener un bajo factor de planta, por ejemplo 10 a 20%, con el fin de suministrar la demanda punta de potencia a la red sólo durante las horas punta.
Ciclo de vida: El mayor costo de la energía hidroeléctrica, en particular proyectos de gran escala, son los costos de construcción de las estructuras civiles con ciclos de vida útil muy largos como presas, túneles, canales, centrales eléctricas, etc. Los equipos eléctricos y mecánicos, con tiempo de vida mucho más corto, por lo general contribuyen menos al costo. Por consiguiente, es común utilizar una vida útil más larga para la energía hidráulica que para otras fuentes de generación de electricidad.
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5.2.4 Futuras tendencias de los costos de los proyectos hidroeléctricos Hay relativamente poca información sobre las tendencias históricas de los costos de energía hidroeléctrica. Dicha información podría ser recopilada por el estudio de un gran número de proyectos que ya están implementados, pero debido a que los proyectos hidroeléctricos son muy específicos a cada sitio, sería difícil identificar tendencias en los costos de los componentes del proyecto a menos que un análisis muy detallado y que requiere mucho tiempo se realice para una gran muestra de proyectos. Por tanto, es difícil presentar las tendencias históricas de los costos de inversión y LCOE.
Como tendencia general, se puede suponer que los proyectos con bajos costos tenderán a ser desarrollado en primer lugar, y una vez que los mejores proyectos han sido desarrollados, los proyectos más costosas se irán desarrollando (hay, sin embargo, muchas barreras y la selección de los proyectos más baratos primero no siempre es posible). En general, esta tendencia general podría dar lugar a un costo creciente gradualmente para proyectos nuevos.
Por otro lado, la innovación tecnológica y las mejoras podrían reducir el costo en el futuro. La evidencia empírica para las reducciones en el costo de componentes específicos de los sistemas de energía hidroeléctrica se muestra, para los costos de construcción de túneles, en la figura 5.6. Sin embargo, la evidencia de una tendencia general con respecto al coste de inversión específica de proyectos de energía hidroeléctrica o el costo nivelado de la energía hidroeléctrica no se puede deducir de la información y es muy limitado.
Figura 5.6 Avance de tecnología en tunel
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5.3 Caso Chileno
En la actualidad en chile están operando 41 mini centrales hidroeléctricas aportando un total de 426,55 MW a la red. Existen 17 proyectos en fase de construcción que sumarían otros 120 MW. Además hay 26 proyectos aprobados que podrían entregar un total de 174,44 MW adicionales, y 25 proyectos en calificación que sumarían 160MW. De esta forma, de concretarse todos estos proyectos, se tendría cerca de 900MW de capacidad mini-hidro en la red. Los datos de potencial mini-hidro son dispares. De la Mientras la CNE y la Comisión Nacional de Riego (CNR), establecen potenciales en torno a 1.300 MW, Apemec sugiere que el potencial ronda los 10.000 MW.
Figura 5.7 Proyectos Mini-Hídrico en trámites en chile
Sin embargo algunos proyectos de este tipo han sufrido problemas en cuanto a la conexión al sistema de transmisión, donde el costo de la línea en comparación al de la central puede ser muy relevante. Sin embargo en chile el costo de las mini-hidro es muy competitivo, siendo en promedio similar al de una central térmica, y en algunos casos mejor que otras alternativas incluso más competitivas como la generación hidroeléctrica a gran escala.
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6. MARCO REGULATORIO ERNC EN CHILE
En la actualidad existe una preocupación especial por parte de la ciudadanía de cómo emigrar hacia una matriz energética sustentable. Las energías ERNC, desde el año 2005 a través de las Ley Corta II, han recibido un impulso al exigir cuotas mínimas tanto en la generación como en los retiros.
Esta ley establece que los grandes generadores (con capacidad por sobre los 200MW) deberán acreditar que al menos un 5% de la energía que comercializan provenga de ERNC. Esta exigencia aumenta es porcentaje progresivamente como se muestra en la figura 9.1, hasta llegar a un 10% el año 2024.
Figura 6.1 Exigencias de cuotas de ERNC según marco regulatorio.Fuente: http://www.centralenergia.cl/2012/02/06/matriz-energetica-la-ceguera-del-proyecto-de-ley-2020/
Esta ley establece además que cada empresa que efectúe retiros de energía desde sistemas con capacidad superior a 200MW deberá acreditar que un 10% provenga de ERNC. Puede usar lo que no haya contabilizado el año anterior, o convenir el traspaso de excedentes a otra empresa eléctrica.
Con esta normativa se da un impulso al desarrollo de energías renovables, imitando el modelo seguido por otros países a nivel mundial. Además la normativa actual exime de pago de peaje troncal a la energía proveniente de fuentes de ERNC.
Se ha discutido bastante sobre un posible cambio en la normativa, que ya está aprobada por el senado, conocido como el proyecto 20/20. Este proyecto busca tener como meta que un 20% de la energía vendida provenga de fuentes de ERNC
Existen sin embargo serias dudas aún si es que esta normativa podría llegar a desarrollarse realmente debido a las capacidades técnicas del sistema para incorporar estas fuentes, y las dudas existentes acerca del costo real que tendrá esto en los consumidores finales. La estadística también es poco alentadora, y citando a lo comentado en el portal central energía: ” Al imponer la meta de 20% al 2020, se necesitaría instalar una capacidad de generación en base a ERNC casi cuatro veces mayor a la presupuestada, lo que significaría que en los próximos 8 años más del 65% de los nuevos proyectos tendrían que ser en base a estas tecnologías, ritmo que no se ha visto en ninguna parte del mundo"
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7. CONCLUSION
La energía hidroeléctrica es una excelente fuente de energía a la vez renovable y capaz de abastecer una gran demanda, además de ser poco contaminante. Pero presenta algunos inconvenientes, uno de ellos es el gran gasto económico que conlleva la construcción de una central aunque este aspecto se ve atenuado por lo económico que resulta la obtención de energía una vez producida la central. El aspecto más negativo de esta fuente es que se ve incapacitada de crecer ya que en casi todos los lugares donde es viable la construcción de una central, esta ya se encuentra allí.
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8. REFERENCIAS
http://www.emol.com/economia/indicadores/ipc.asp
http://www.eumed.net/libros-gratis/2010a/672/Leccion%20dos%20el%20deflactor%20del
%20PIB%20y%20la%20inflacion.htm
http://web.ing.puc.cl/power/alumno12/costosernc/C._Hidro.html
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/v.-
funcionamento-basico-de-generadores
http://water.usgs.gov/gotita/wuhy.html
http://exterior.pntic.mec.es/pvec0002/e_hidraulica.htm
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