centrales de paso - caracteristicas y experiencias - j. gho 310511 vers. 1.0
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1
Javier Samuel Gho Barba, Ingeniero QuímicoDiplomado en Sistemas y Tecnologías Energéticas (UNU)
www.bmghidroconsultores.cl
Santiago (Chile), 31 de Mayo de 2011
1
Presentación realizada en P. Universidad Católica
EL ENFOQUE DE LA ENERGÍA PARA EL SIGLO XXI
2
1.Reducir demanda (ahorro de energía)
3. Maximizar el uso de fuentes de energías
renovables
2. Usar combustibles fósiles de la forma más
eficiente y limpia posible
Campo de aplicación de turbinas hidráulicas
3
4
(-)
(+)
Q
[m3/s]
(+)
(-)
H
[m]
Rendimiento de las turbinas
5
Fórmula de Cálculo de Potencia Hidráulica instantánea
6
P [kW] = 9,81 * e * Q [m3/s] * Hneta [m]
En la práctica se puede emplear (estimación conservadora):
P [kWh] = 2,73 * 10-3 * V [m3] * H [m]
Fórmula de Cálculo de Energía Hidráulica (embalsada)
….hay que considerar una eficiencia en la conversión
P [kW] = 7 * Q [m3/s] * Hbruta [m]
7
RECURSO MAQUINA (CONVERSOR)
Viento Turbina Eólica
Sol Módulo FV ó Sistema Térmico
Agua Turbina Hidráulica
ERNC es un “matching” entre OO y Dda Energética
Sistema Híbrido Melinka (Eólico + Diesel + Inversores con BB)
Sistema Híbrido Melinka (Eólico + Diesel + Inversores con BB)
Sistema Híbrido Melinka (Eólico + Diesel + Inversores con BB)
RECURSOS HIDRICOS PARA MCH
11
ETAPAS DE UN PROYECTO DE MCH o PCH
• Perfil de Proyecto ó Evaluación
Preliminar de Sitio
• Prefactibilidad / Factibilidad Técnico
Económica
• Proyecto Ingeniería Básica
• Proyecto Ingeniería de Detalles
12
13
ETAPAS DE PROYECTO
Consideración de variables ambientales en diseño del
proyecto
Evaluación de sustentabilidad
Análisis de aspectos Socio-ambientales (comunidades
locales)
Análisis de Alternativas de Localización desde la
perspectiva ambiental
Estudios de Línea Base (Medio Físico, Biótico,
Humano)
Análisis Preliminar de Impactos
Determinación del Plan de Manejo Preliminar
Evaluación Detallada de Impactos
Detalles del Plan de Manejo
Especificaciones Técnicas Ambientales
Inspección Ambiental
Aplicación del Plan de Manejo
Ciclo Proyecto y los Aspectos Ambientales
Estudio de Prefactibilidad /
Factibilidad
Ingeniería Básica
Ingeniería de Detalle
Construcción
14
Caracterización sitios para PCH
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Parámetro Caracterización MCH1 MCH2 …….. .……. MCHn
Altura de Carga bruta (Hbruta)
Qm (mensual/año) (DGA, otros)
Área drenaje cuenca (Km2)
BT/ Restitución (medida/estimada)
Distancia (BT/Restitución)
Tipo Suelos /sectores roca (sendas / requerimiento de túnel)
Acceso a Caminos
Línea eléctrica (SE, KV red)
Carta IGM/ CIREN Corfo
Legales (suelos /Der. de Agua)
Regulación (laguna)
Conexión (aislada/red)
Valor Energía (US$/MWh)
Precipitaciones (mm/mes , mm/año)
Estadística (lluvias/ caudales)
Requerimientos Ambientales (DIA /EIA)
Pequeñas Centrales Hidroeléctricas
de Pasada
MCH y PCH
Características (Obras y componentes)
16
17
Características de la Pequeñas centrales hidroeléctricas de Pasada
• Participan del MDL (generan bonos de carbono)
• Permiten generación y consumo en el lugar
• No caducan por sedimentos (Vida útil solo
limitada por OO CC) ni deterioran los cursos de
agua (eutrificación o uso como basureros)
• El diseño permite mantener condiciones
ambientales para la supervivencia de la biota
acuática
• Permiten mantener ecología de los bordes de las
riberas
• No afectan migración de las poblaciones de peces
• Permiten manejar las crecidas en condiciones
similares a la situación sin proyecto
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Características de la Pequeñas centrales hidroeléctricas de Pasada
•Continuidad del flujo (Vertedero de Excedencia) que
las hace compatibles con la operación de sistemas de
riego (adecuadas para proyectos con Asociaciones de
Canalistas /Regantes)
• El arrastre y transporte de sedimentos se mantiene
• Propiedad de particulares (dueños e terrenos y/o
aguas)
• D. de Aprovechamiento “segmentan” tramos cortos
• Corto período de idea-implementación ( 2 - 3 años)
• Menores costos de inversión permite que sean
abordadas por privados evitando consorcios y
concentración de propiedad.
• Rara vez provocan migración o traslado de
asentamientos humanos (DIA en vez de EIA)
Zona de Proyecto PCH 6 MW (Mantiene ecología de riberas)
19
• Subsistema Bocatoma para canal 11 m3/s
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BOCATOMA TIROLESA
ESCALA DE PECES
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Canal de Aducción
23
24
Canal aducción Vertedero rechazo de carga Cámara de Carga
Tubería
de Presión
Restitución
al cauce
Casa de
Máquinas
25
Subsistema Cámara de Carga
26
Cámara de Carga
27
VERTEDERO RECHAZO
DE CARGA
28
29
30
Casa de Máquinas
31
Análisis de características de
la cuenca pendientes, uso de terreno, área
aportante, vegetación, etc.
Análisis de datos fluvio-
y pluviométricosAnalizar datos de caudales de ríos y
estaciones pluviométricas
cercanas
Síntesis de caudales
mensuales y crecidas
Para estimar potencial
energético y para diseñar obras
civiles y equipos
Caudal ecológico/caudal mínimo
Caudal para sostener actividad biológica en el rio(ej. 10% de caudal
normal, 50% de mínimo, etc.)
Estudio de Hidrología
Carta Topográfico IGM
Ubicación del
Proyecto
Curso del Río
Limite de la
Cuenca
Aportante
Zona de
Deshielo
32
Selección del caudal de diseño
33
Q120
Centrales de Pasada (PMGD) y Orografía
34
35
Centrales de Pasada (PMGD) y Orografía
36
P = 9,81 * e* Q * h
Turbinas de reacción de
mayor costo de OO CC P = 9,81 * e * Q * HTurbinas de Impulso con
menor costo de OO CC
Ejemplos de Mini
y Pequeñas Centrales
EJEMPLOS
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Centrales de Pasada
• Recuperación antiguas centrales
• Derivación con azud
• Centrales de pie de presa
• Bypass en acueductos
• Bombas como turbinas (Aprovechamiento
de Relaves)
38
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
Operando a la fecha
39
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
Ahora operando
y vendiendo
a la red
40
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
BOCATOMA
Ahora operando
y vendiendo
a la red
41
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
TURBINA
SIEMENS –
SCHÜCKERT
Ahora operando
y vendiendo
a la red
42
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
TURBINA
SIEMENS –
SCHÜCKERT
Ahora operando
y vendiendo
a la red
43
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
TURBINA
SIEMENS –
SCHÜCKERT
Ahora operando
y vendiendo
a la red
44
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
TURBINA
SIEMENS –
SCHÜCKERT
Ahora operando
y vendiendo
a la red
45
MCH LONCOCHE 215 kVA Hb = 4,6 m Circa 1927
Casa de Máquinas
46
MCH LONCOCHE 215 kVA Hb = 4,6 m Circa 1927
Generador
47
MCH LONCOCHE 215 kVA Hb = 4,6 m Circa 1927
48
Tablero de
mármol
MCH Gorbea 150 kW Hb = 5m Circa 1926
Operó hasta 1960. Aparición del SIC con + kW y - $/kWh
Nivel de crecida
(primera semana
Septiembre 2008)
………¿Por qué?
Casa de Máquinas
49
MCH Gorbea 150 kW Hb = 5m Circa 1926
Así está
a Marzo
de 2009
50
51
El concepto de la
“turbina de pozo”
Turbina Francis
eje horizontal
cojinetes sistema
Wülfel, salida
con tubo de
aspiración en
hormigón, para
instalar en
cámara abierta.
52
MCH Gorbea 150 kW Hb = 5m Circa 1926
Así estaban las Obras de Arte….
53
ESQUEMA GENERAL MCH
CON TURBINA „DIVE’
Tipo axial vertical
Rotor con álabes de paso fijo
Contenedor para tableros de
fuerza y control
Potencia 400 kW
54
Diagrama de generación CA 25 - 65 Hz / CC / CA 50 Hz
55
56
57
59
Instalación turbine Dive (Alemania)
61
62
MCH Molino Villarrica - 0,65 MW
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl
63
MCH Molino Villarrica - 0,65 MW
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl
64
MCH Molino Villarrica - 0,65 MW
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ AISLADA
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl
65
MCH Molino Villarrica - 0,65 MW
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 66
PCH Alberto Mohr 1,2 MW – Puyehue, Osorno
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 67
PCH Alberto Mohr 1,2 MW – Puyehue, Osorno
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl
68
PCH Alberto Mohr 1,2 MW – Puyehue, Osorno
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl69
PCH Alberto Mohr 1,2 MW – Puyehue, Osorno
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex S.A. Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 70
PCH Eyzaguirre 2 MW Asoc. de Canalistas del Maipo
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl71
PCH Eyzaguirre 2 MW – Asoc. de Canalistas del Maipo
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 72
PCH Eyzaguirre 2 MW – Asoc. de Canalistas del Maipo
Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED
Proveedor: Mantex® S.A.
La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.
Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480
Fax : (56-2) 212 8260
E-mail : proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl73
PCH Puclaro 5,6 MW
Junta de Vigilancia del Río Elqui – 2 unidades Francis (WKV -
Alemania)
Inaugurada el 6 de mayo de 200874
Pequeña Central Hidroeléctrica Puclaro 5,6 MW
Tipo de Obra: Pie de Presa Altura de Presa útil: 80 m
Turbinas: WKV (Alemania) Qoperación: 6-10 m3/s
Tipo: Francis (2 unidades en paralelo) Factor de Planta: 61%
Potencia: 2*2,8 MW Inversión: 7 MMUS$
Generación: 30.000 MWh Inversión unitaria: 1250 US$/kW
75
PCH Puclaro 5,6 MW
76
Pequeña Central Hidroeléctrica Puclaro 5,6 MW
77
78
Centrales Asociación Canal Maule e Hidromaule
• Lircay
Está localizada en la Comuna de San Clemente. El caudal máximo
disponible es 27,73 [m3/s] y el desnivel existente entre el canal y el río
es aproximadamente 107 m (100 m de altura neta)
Estos equipos consisten
en dos grupos Francis de
turbinas de eje horizontal
de capacidad 9,7 MW cada
uno. Las turbinas son de
tipo Francis de 600 RPM
con volante de inercia y
estarán unidas por un eje
al respectivo generador de
Potencia de salida de 11,0
MVA.
79
Centrales Asociación Canal Maule e Hidromaule
• Mariposas
Se encuentra ubicada en la zona que se conoce como
Bramadero, a 20 Km al oriente de San Clemente, Región del
Maule. La central se abastecerá con las aguas conducidas por
el Canal Maule Norte Alto, entregando las aguas ocupadas en la
generación al Canal Mariposas y Quebrada Vergara-Guindo.
La central está diseñada para un caudal de 20 [m3/s], una altura
neta de caída de 35 [m] y tendrá una capacidad instalada de 6
MW.
Se estima que el potencial aprovechado en obras de riego es
del orden de 18 %.
80
Centrales Asociación Canal Maule e Hidromaule
• Providencia
La Central Hidroeléctrica Providencia se encuentra ubicada en el sector del
Sifón Huepi, a orillas del Estero Picazo (afluente del Río Lircay), ubicado a 20
Km al oriente de San Clemente, Región del Maule. Utiliza las aguas conducidas
por el Canal Maule Norte Bajo Segunda Sección y las devuelve al Estero Picazo.
La Central está diseñada para un caudal de 27 [m3/s] y tendrá una capacidad de
12,7 MW y una altura neta de caída de 52,1 [m]; la generación varía entre 4 y 12
MW. La energía generada por la Central Providencia será transportada mediante
una Línea de Alta Tensión de 10 Km de longitud hasta la Central Lircay, donde
se sigue conduciendo hasta la S/E Maule mediante la LAT existente de la Central
Lircay.
El proyecto está actualmente en la etapa de la Ingeniería Básica. Se estima que
la construcción de la Central se iniciará en Marzo de 2011 y el inicio de la
generación comercial en Abril de 2012.
Generación en conjunto de 120.000 MWh (consumo de ciudad de
Curicó) .
Nuevos desarrollos para aplicaciones
en condiciones de muy baja altura
82
Bombas (centrífugas) como Turbinas
Pruebas Pilotos Turbina Bomba en Relaves (35 kW)
83
Controlador electrónico de frecuencia
Pruebas Pilotos Turbina Bomba en Relaves (35 kW)
85
MCH Nº 4 Km 21,75 en aducción Azapa (ejemplo)
86
87
88
89
90
Altura : 3,6 m
Capacidad : 5,72 [m3/s]
N : 28 RPM
D: 2,6 m
Ángulo : 22º
P : 150 kW
G: 670 MWh
Anual CO2 evitado: 288 Ton
P: 26,8 [kW] / Hb =1,25 [m] 3,15 [m3/s]
Rendimiento comparativo
MC
H E
xito
sas
MC
H d
efic
ien
tes
96
BMG Hidroconsultores
Concepción
• JMS Ingenieros Consultores Ltda.
(Ing. Civil Juan Marcus Sch.)
• INTE LTDA. Ingenieros Consultores
(Ing. Civil Mecánico Carlos Bonifetti D.)
Puerto Montt
• Javier Gho B.
Ingeniero Químico
Diplomado Sistemas y Tecnologías Energéticas (UNU
www.bmghidroconsultores.cl
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