Fundamentos Tecnicos y Economicos Del Sector Electrico Peruano

FUNDAMENTOS TCNICOS Y ECONMICOSDEL SECTOR ELCTRICO PERUANO

Alfredo Dammert Lira

Fiorella Molinelli Aristondo

Max Arturo Carbajal Navarro

Fundamentos Tcnicos y Econmicos del Sector Elctrico Peruano

21

Fundamentos Tcnicos del Sector Elctrico

Para tener un panorama completo del sector elctrico resulta imprescindible contar con un conocimiento de los aspectos tcnicos y econmicos propios de dicho sector; en ese sentido, en el presente apartado abordamos el primero de ellos, los fundamentos tcnicos, los cuales sern presentados tomando en cuenta las tres actividades principales del mercado elctrico: la generacin, la transmisin y la distribucin1.

Por un lado, respecto a la generacin, se abordan los siguientes subtemas: los conceptos de energa y potencia elctrica, la corriente continua y alterna, las formas de generar electricidad, la cogeneracin y la generacin distribuida. Seguidamente, en relacin a la transmisin se trata sobre: las prdidas de energa en la transmisin, los componentes de la transmisin, las etapas del proceso, las instalaciones del sistema de transmisin, las fajas de servidumbres y los vanos econmicos y especiales. Finalmente, sobre la distribucin se abordan los siguientes puntos: topologa de las redes de distribucin, tipos de distribucin elctrica, la acometida, sus partes y tipos, medidores elctricos y la clasificacin de los mismos.

Sobre la base de los referidos conceptos tcnicos, en la segunda parte del documento se estudiarn los aspectos tcnico-econmicos del sector elctrico.

1.1 La generacin elctrica La generacin es la primera de las actividades de la cadena productiva de energa elctrica, la cual consiste en transformar alguna clase de energa (trmica, mecnica, luminosa, entre otras) en energa elctrica. Ahora bien, para poder comprender a cabalidad cmo se realiza este proceso de transformacin, se requiere conocer algunos conceptos previos, tales como: energa y potencia elctrica, mxima demanda, factor de carga, corriente alterna y continua. Estos conceptos nos permitirn comprender, desde el punto de vista tcnico, cmo se genera la energa elctrica, para finalmente abordar, los tipos de generacin elctrica que existen.

1.1.1 Energa y potencia elctricaLa energa elctrica se produce ante la presencia del movimiento de electrones, el cual es causado por una tensin elctrica. La cantidad de energa elctrica que se produzca depender entonces de cuntos electrones se trasladen por unidad de tiempo, el tiempo que perdure dicho movimiento y la magnitud de tensin que las ocasione.

Para poder entender de manera clara lo sealado, se debe tener en cuenta que en condiciones de equilibrio, los tomos tienen la misma cantidad de protones y electrones, es decir, se encuentran estabilizados o neutralizados electrnicamente. Sin embargo, existen ocasiones en las cuales los tomos pueden descompensarse o electrizarse2,

1 En la segunda parte del presente trabajo se realiza un anlisis exhaustivo de la separacin de actividades en el sector elctrico, de acuerdo con sus caractersticas tcnico-econmicas.2 Lo que puede ocurrir de manera espontnea o inducida, nuestro inters se encontrar en el segundo caso.

PARTE I:


24

Un segundo tema a tratar es la eficiencia en la provisin de energa en funcin de las

caractersticas de la demanda. Para ello en el Grfico N 2, se propone un caso en el

cual se muestra una demanda de energa constante (5 MWh) en cada una de las horas

del da. Para este caso, la demanda de energa en un da nos da un total de 120 MWh

(5 MWh x 24) y la demanda de potencia sera igual a 5 MW, debido a que es la mxima

potencia requerida en un da, pero presentada de manera uniforme durante todo el

perodo.

Grfico N 2: Factor de carga y eficiencia

MW

10

9

8

7891011

Horas del Da

12131415161718192021222324

6

5

4

3

2

1

2

3

4

5

6

7

1

0

55

5555555

5

5555555

5

555555

D

D

e

e

m

m

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a

n

n

d

d

a

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d

d

e

e

E

E

n

n

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g

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a

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1

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0

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M

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n

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M

M

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m

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5

5

M

M

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W

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T

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o

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t

a

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l

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d

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e

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H

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2

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4

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h

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F

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5

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2

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4

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=

=

1

1

0

0

0

0

%

%

Elaboracin: Propia

(*) El factor de carga es un indicador de la eficiencia de la produccin y abastecimiento.

De los dos ejemplos propuestos, se observa que la demanda de energa es la misma

(120 MWh); sin embargo, en el primer caso se necesita mayor capacidad o potencia

para servir a la demanda (10 MW en lugar de 5 MW), ello se traduce en la necesidad

de una mayor inversin para poder cubrir la demanda mxima. Asimismo, significa que

durante muchas horas del da se tiene capacidad de produccin (potencia) sin usar, es

decir, capacidad instalada ociosa. Mientras que en el segundo caso, se tiene capacidad

instalada (potencia) de 5 MW y una demanda igual y constante en todo el perodo

analizado, por lo que se utiliza el 100% de la capacidad en todo momento.

Un concepto relacionado al hecho anterior y que permite medir la eficiencia en la

utilizacin de la capacidad de produccin o potencia es el factor de carga, el cual se

define como el ratio entre la carga o demanda promedio

8

y la carga o demanda mxima

durante el perodo analizado.

.

()

..

Cargatotaldelperodo

CargaPromdelperodo

Perodo

FactordeCargaFc

CargaMxdelperodoCargaMxdelperodo

==

(4)

Utilizando (4) se puede calcular el factor de carga de los dos casos propuestos

anteriormente:

8

La carga o demanda promedio es igual a la carga o demanda total dividida entre la extensin del perodo.

Elaboracin: Propia


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Ttulo:FUNDAMENTOS TCNICOS Y ECONMICOS DEL SECTOR ELCTRICO PERUANO

Alfredo Dammert, Fiorella Molinelli y Max Carbajal, 2011

OSINERGMINOrganismo Supervisor de la Inversin en Energa y MineraJr. Bernardo Monteagudo 222 Magdalena del Mar

Primera Edicin en Espaol:Mayo de 2011Lima - Per

Equipo de Trabajo:Cairampoma Arroyo, AlbertoCarrera Huaman, Csar EduardoChvez Huamn, Edison AlexJavier Jara, Juan JosYanayaco Sarango, Ruben

Tiraje:500 ejemplaresDerechos Reservados 2011.Hecho el Depsito Legal en la Biblioteca Nacional del Per N 2011-15095ISBN: 978-612-46124-0-4

Queda prohibida cualquier forma de reproduccin, distribucin, comunicacin pblica y transformacin de esta obra sin contar con la autorizacin de los titulares de la propiedad intelectual.

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5

PRLOGO.......................................................................................................................

INTRODUCCIN....................................................................................................

PARTE I: FUNDAMENTOS TCNICOS DEL SECTOR ELCTRICO.................. 1.1 La generacin eLctrica...........................................................................

1.2 La transmisin eLctrica..........................................................................1.3 La distribucin eLctrica................................................................................

PARTE II: EL MERCADO ELCTRICO PERUANO..............................................2.1 eL mercado de eLectricidad......................................................................2.2 La generacin eLctrica en eL per ..........................................................2.3 La transmisin eLctrica en eL per ..........................................................2.4 La distribucin eLctrica en eL per.........................................................2.5 estadsticas deL sistema eLctrico interconectado nacionaL (sein)............2.6 eL mercado Libre de eLectricidad..............................................................2.7 La concentracin en eL mercado eLctrico peruano..................................

PARTE III: MECANISMOS DE FORMACIN DE PRECIOS EN EL SECTORELCTRICO PERUANO........................................................................................

3.1 eL mercado eLctrico y sus transacciones...............................................3.2 tarifas en generacin eLctrica...............................................................3.3 tarifas en transmisin eLctrica...............................................................3.4 tarifas en distribucin eLctrica..............................................................3.5 tarifas aL cLiente finaL.............................................................................3.6 eL fondo de La compensacin sociaL eLctrica (fose)................................3.7 energas renovabLes no convencionaLes...................................................3.8 prospectiva: nuevas tecnoLogas de generacin eLctrica........................

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS......................................................................

NDICE GENERAL17

19

21214455

65

6571889296

100117

127

127137160173186189193201

206


6

PRLOGO................................................................................................................... 17INTRODUCCIN......................................................................................................... 19PARTE I: FUNDAMENTOS TCNICOS DEL SECTOR ELCTRICO........................ 211.1 La Generacin eLctrica....................................................................................... 21

1.1.1 Energa y potencia elctrica........................................................................ 21

1.1.2 Potencia, mxima demanda y factor de carga............................................ 23

1.1.3 Corriente continua y corriente alterna......................................................... 25

1.1.4 Cmo se genera la electricidad?.............................................................. 26

1.1.5 Turbinas...................................................................................................... 28

1.1.6 Cmo se genera energa elctrica alterna?............................................. 30

1.1.7 Tipos de generacin elctrica..................................................................... 31

1.1.8 La cogeneracin y la generacin distribuida.............................................. 41

1.2 La transmisin eLctrica...................................................................................... 441.2.1 Las prdidas de energa en la trasmisin................................................... 45

1.2.2 Los componentes de la transmisin elctrica y las etapas del proceso de transmisin................................................................................................. 48

1.2.3 Instalaciones del sistema de transmisin nacional.................................. 49

1.2.4 Fajas de servidumbres en lneas de transmisin....................................... 53

1.2.5 El vano econmico y los vanos especiales................................................ 54

1.3 La Distribucin eLctrica..................................................................................... 551.3.1 Topologa de redes de distribucin elctrica............................................... 55

1.3.2 Tipos de distribucin elctrica en el Per .................................................. 57

1.3.3 La acometida ............................................................................................. 58

1.3.4 Partes de la acometida y tipos de conexiones .......................................... 58

1.3.5 Medidores o contadores elctricos ............................................................ 61

1.3.6 Clasificacin de los medidores elctricos .................................................. 61

PARTE II: EL MERCADO ELCTRICO PERUANO ................................................ 652.1 eL mercaDo De eLectriciDaD ................................................................................ 65

2.1.1 Caractersticas de la energa elctrica ...................................................... 65

2.1.2 Caractersticas de la organizacin de la industria elctrica en el Per...... 66

2.1.3 Diseo del mercado elctrico peruano ...................................................... 67

2.2 La Generacin eLctrica en eL Per .................................................................. 712.2.1 La energa primaria ................................................................................... 71

2.2.2 La energa secundaria ............................................................................... 83

NDICE ESPECFICO


7

2.2.3 Empresas de generacin elctrica ............................................................ 84

2.2.4 Empresas distribuidoras que adems generan electricidad....................... 88

2.3 La transmisin eLctrica en eL Per ................................................................... 882.3.1 Los beneficios de la interconexin ............................................................. 89

2.3.2 Los sistemas de transmisin elctrica en el Per ...................................... 89

A. El Sistema Elctrico Interconectado Nacional (SEIN) .................................... 89

B. Los sistemas aislados .................................................................................... 92

2.4 La Distribucin eLctrica en eL Per ................................................................... 922.4.1 Economas de densidad ............................................................................ 92

2.4.2 Ubicacin de los sistemas de distribucin elctrica ................................... 93

2.4.3 Empresas de distribucin elctrica ............................................................ 95

2.4.4 Descripcin de las principales distribuidoras en el Per ........................... 95

2.5 estaDsticas DeL sistema eLctrico interconectaDo nacionaL (sein) .................. 962.5.1 Produccin de energa .............................................................................. 96

2.5.2 Demanda de energa................................................................................. 96

2.5.3 Mxima demanda y potencia firme ............................................................ 97

2.5.4 Reserva y margen reserva ........................................................................ 98

2.5.5 Factor de carga ......................................................................................... 99

2.5.6 Costo marginal y precio regulado ponderados .......................................... 100 2.6 eL mercaDo Libre De La eLectriciDaD ................................................................... 100

2.6.1 Clasificacin de los usuarios: libres y regulados ....................................... 100

2.6.2 Agentes que participan en el mercado libre de electricidad ...................... 101

2.6.3 Empresas participantes en el mercado libre ............................................. 102

2.6.4 Comportamiento del mercado libre de electricidad ................................... 104

2.6.5 Estadsticas del mercado libre por tipo de empresa .................................. 104

2.6.6 Estadsticas del mercado libre por actividad econmica ........................... 115

2.7 La concentracin en eL mercaDo eLctrico Peruano........................................... 1172.7.1 Formas de medir la concentracin de los mercados.................................. 117

2.7.2 ndices de concentracin: el Ck y el HHI ................................................... 1172.7.3 ndice de inestabilidad ............................................................................... 118

2.7.4 Concentracin en el mercado de generacin elctrica .............................. 119

2.7.5 Concentracin en el mercado libre de electricidad .................................... 122


8

PARTE III: MECANISMOS DE FORMACIN DE PRECIOS EN EL SECTOR ELCTRICO PERUANO......................................................................... 1273.1 eL mercaDo eLctrico y sus transacciones.......................................................... 127

3.1.1 El mercado regulado: subastas o licitaciones, precios firmes y precios en barra 128

3.1.2 El mercado libre: contratos libres, precios libres y precios firmes.............. 128

3.1.3 Transacciones fsicas y financieras en los mercados elctricos................. 128

3.1.4 Tipos de diseo de mercado elctrico........................................................ 135

3.1.5 El Comit de Operacin Econmica del Sistema (COES) ......................... 136

3.2 tarifas en Generacin eLctrica ......................................................................... 1373.2.1 Fundamentos: la minimizacin de costos .................................................. 138

3.2.2 Los precios en barra .................................................................................. 141

3.2.3 Licitaciones de energa .............................................................................. 146

3.2.4 Teora de subastas .................................................................................... 146

3.2.5 Las subastas y el rol del organismo regulador .......................................... 149

3.2.6 La Ley N 28832: el rol del OSINERGMIN en las licitaciones ................... 149

3.2.7 Precios resultantes de las licitaciones: precios firmes .............................. 152

3.2.8 Plazos de los contratos ............................................................................. 153

3.2.9 Comentarios finales sobre las subastas en el Per .................................. 154

3.2.10 Frmulas de reajuste de los precios en generacin elctrica ................. 159

3.2.11 Precio a Nivel Generacin (PNG) ............................................................. 159

3.3 tarifas en transmisin eLctrica ........................................................................ 1603.3.1 Sistemas de transmisin: SPT, SST, SGT, SCT ........................................ 160

3.3.2 Contratos de concesin para el SGT y el SCT........................................... 161

3.3.3 Licitaciones para los sistemas de transmisin .......................................... 162

3.3.4 Costos de un sistema de transmisin......................................................... 162

3.3.5 Costo y remuneracin del Sistema Principal de Transmisin (SPT)........... 163

3.3.6 Costo y remuneracin del Sistema Garantizado de Transmisin (SGT)..... 165

3.3.7 Costo y remuneracin del Sistema Secundario de Transmisin (SST) y Sistema Complementario de Transmisin (SCT).................................... 169

3.4 tarifas en Distribucin eLctrica......................................................................... 1733.4.1 La tarifa de distribucin elctrica: VAD....................................................... 173

3.4.2 Clculo del valor agregado de distribucin (VAD)...................................... 174

3.4.3 Los sectores tpicos de distribucin............................................................ 178

3.4.4 Sectores tpicos y regulacin por empresa modelo eficiente...................... 180

3.4.5 VAD para cada empresa............................................................................. 182

3.4.6 Validacin de los VAD para cada sector tpico........................................... 183


9

3.4.7 Actualizacin del VAD................................................................................. 185

3.5 tarifas aL cLiente finaL........................................................................................ 1863.5.1 Opciones tarifarias al cliente final............................................................... 186

A. Tarifas en media tensin (MT)......................................................................... 186

B. Tarifas en baja tensin (BT)............................................................................. 186

3.6 eL fonDo De La comPensacin sociaL eLctrica (fose)....................................... 1893.6.1 Subsidios aplicables por el FOSE............................................................... 189

3.6.2 Factores de ajuste luego de una interconexin.......................................... 190

3.6.3 Fijacin del FOSE....................................................................................... 191

3.6.4 El FOSE para usuarios urbanos del SEIN.................................................. 191

3.6.5 Subsidios y recargos unitarios con el FOSE............................................... 192

3.7 enerGas renovabLes no convencionaLes.............................................................. 1933.7.1 Importancia de las fuentes de energa renovable no convencional............ 194

3.7.2 Fases de desarrollo de las tecnologas para generar electricidad.............. 194

3.7.3 El marco normativo peruano de fomento de FERNC.................................. 195

3.7.4 Objetivo de la normativa y definicin de RER............................................. 195

3.7.5 Energas renovables en la matriz de generacin elctrica......................... 195

3.7.6 Algunos alcances e impactos de la regulacin de las FERNC................... 196

3.7.7 Licitaciones y regulacin de tarifas para generacin con RER................... 196

3.7.8 Ingreso por energa y potencia para los generadores RER........................ 200

3.7.9 Disponibilidad de las centrales RER........................................................... 200

3.8 ProsPectiva: nuevas tecnoLoGas De Generacin eLctrica.................................. 2013.8.1 Nuevas tecnologas disponibles y su uso futuro esperado......................... 201

3.8.2 Generacin con combustibles fsiles y energa renovables....................... 202

3.8.3 Gas natural a partir del CO2....................................................................... 202

3.8.4 Modificacin gentica de bacteria para que excrete petrleo..................... 203

3.8.5 Lasers para una mejor combustin del carbn........................................... 204

3.8.6 Plantas de carbn sin refrigeracin............................................................. 204

3.8.7 Energa elica offshore............................................................................... 205

3.8.8 Suministros de energa del maana........................................................... 205

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.......................................................................... 206


10

grfico n 1: energa y potencia.................................................................................... 23grfico n 2: factor de carga y eficiencia...................................................................... 24grfico n 3: corriente continua................................................................................... 25grfico n 4: corriente aLterna..................................................................................... 26grfico n 5: generacin de eLectricidad: eL aLternador................................................ 27grfico n 6: generacin eLctrica y corriente aLterna................................................. 30grfico n 7: esquema de La generacin hidruLica de embaLse....................................... 32grfico n 8: ao hidroLgico........................................................................................ 32grfico n 9: cLasificacin deL ao hidroLgico.............................................................. 33grfico n 10: esquema de La generacin trmica a diseL y/o derivados........................... 34grfico n 11: esquema de La generacin trmica a carbn............................................... 35grfico n 12: esquema de La generacin trmica a cicLo combinado................................. 36grfico n 13: esquema de La generacin nucLear............................................................ 38grfico n 14: esquema de La generacin eLica............................................................... 39grfico n 15: esquema de La generacin fotovoLtaica..................................................... 39grfico n 16: esquema de La generacin termosoLar....................................................... 40grfico n 17: resistencia de Los materiaLes.................................................................... 44grfico n 18: efecto JouLe en La transmisin eLctrica.................................................. 46grfico n 19: minimizacin de Las prdidas de energa en La transmisin eLctrica........... 48grfico n 20: partes principaLes de una torre de transmisin......................................... 52grfico n 21: faJa de servidumbre para una Lnea de 220 Kv.............................................. 54grfico n 22: eL vano econmico.................................................................................... 55grfico n 23: sistema de distribucin radiaL................................................................... 56grfico n 24: sistema de distribucin en aniLLo............................................................... 56grfico n 25: sistema de distribucin enmaLLado............................................................. 57grfico n 26: actividades desarroLLadas en eL sector eLctrico..................................... 67grfico n 27: economas y deseconomas de escaLa......................................................... 68grfico n 28: economas de escaLa y estructura de mercado.......................................... 69grfico n 29: caractersticas de Las actividades en eL sector eLctrico......................... 71grfico n 30: separacin de actividades en eL sector eLctrico peruano......................... 72grfico n 31: concentraciones en eL sector eLctrico................................................... 73grfico n 32: reservas probadas de energa primaria comerciaL en eL per 2002 y 2009 (en porcentaJe)................................................................................ 76grfico n 33: baLanza comerciaL deL petrLeo crudo en eL per (miLes de tJ)................... 78grfico n 34: baLanza comerciaL deL carbn mineraL en eL per (miLes de tJ).................... 79grfico n 35: distribucin de La energa primaria para transformacin en eL per (miLes de tJ)............................................................................................... 80grfico n 36: oferta interna bruta de energa primaria comerciaL en eL per (tJ)............. 81grfico n 37: reservas versus produccin de energa primaria comerciaL en eL per (2009)........................................................................................................ 82grfico n 38: produccin de energa secundaria en eL per (tJ)....................................... 84grfico n 39: densidad deL sistema de distribucin.......................................................... 93grfico n 40: produccin eLctrica segn tipo de fuente de energa............................... 96grfico n 41: demanda eLctrica segn tipo de produccin: base, media, punta................ 97grfico n 42: despacho de generacin para eL da de mxima demanda de cada mes........... 97grfico n 43: evoLucin de La mxima demanda y potencia firme....................................... 98grfico n 44: reserva de energa y margen de reserva................................................... 99grfico n 45: mxima demanda y factor de carga............................................................. 99

NDICE DE GRFICOS


11

grfico n 46: costo marginaL y precio reguLado ponderados........................................... 100grfico n 47: agentes que participan en eL mercado Libre de eLectricidad......................... 102grfico n 48: nmero de cLientes Libres por tipo de empresa........................................... 104grfico n 49: ventas de energa en eL mercado Libre por tipo de empresa (gwh)................ 106grfico n 50: ventas por cLiente segn tipo de empresa en eL mercado Libre (gwh)........... 108grfico n 51: precio medio deL mercado Libre por tipo de empresa................................... 110grfico n 52: facturacin en eL mercado Libre segn empresa (miLLones de s/.)................. 111grfico n 53: participacin en eL mercado Libre segn potencia contratada..................... 111grfico n 54: ventas de energa en eL mercado Libre por actividad econmica.................. 115grfico n 55: ventas de energa en eL mercado Libre por actividad econmica (en %)........ 116grfico n 56: ndice hhi deL mercado de generacin eLctrica (2002-2009)........................... 122grfico n 57: ndice hhi de ventas de Las empresas deL mercado Libre (2003-2009)............... 125grfico n 58: transacciones fsicas en eL mercado reguLado........................................... 129grfico n 59: transacciones fsicas en eL mercado Libre.................................................. 130grfico n 60: transacciones fsicas en Los mercados Libre y reguLado............................. 131grfico n 61: transacciones financieras: Las distribuidoras............................................. 132grfico n 62: transacciones financieras: generador superavitario.................................. 133grfico n 63: transacciones financieras: generador deficitario....................................... 133grfico n 64: transacciones financieras: un generador superavitario y otro deficitario.. 134grfico n 65: transacciones financieras en eL mercado eLctrico.................................... 135grfico n 66: costos marginaLes y demanda de energa.................................................... 137grfico n 67: diagrama o curva de carga......................................................................... 138grfico n 68: diagrama o curva de duracin.................................................................... 138grfico n 69: diagrama de duracin y minimizacin de costos........................................... 139grfico n 70: mix de tecnoLogas y minimizacin de costos............................................... 141grfico n 71: variabLes consideradas en La obtencin deL precio bsico de energa......... 142grfico n 72: bLoques horarios...................................................................................... 143grfico n 73: precio marginaL de potencia....................................................................... 144grfico n 74: variabLes a considerar para obtener eL precio bsico de potencia.............. 145grfico n 75: esquema de La fiJacin de Los precios en barra.......................................... 146grfico n 76: eJempLo de Licitacin sin reveLar eL precio mximo...................................... 151grfico n 77: eJempLo de Licitacin reveLando eL precio mximo....................................... 151grfico n 78: sistemas de transmisin incorporados baJo La Ley n 28832.......................... 161grfico n 79: costos eficiente deL sistema principaL (avnr + coym)................................... 163grfico n 80: remuneracin deL sistema principaL (ingreso tarifario + peaJe).................... 164grfico n 81: cLcuLo deL peaJe por conexin (p)............................................................. 165grfico n 82: La base tarifaria deL sgt............................................................................ 166grfico n 83: La Liquidacin anuaL (La)............................................................................. 167grfico n 84: composicin iniciaL de La remuneracin de La base tarifaria deL sgt............ 168grfico n 85: base tarifaria asignada a usuarios (btau).................................................... 168grfico n 86: composicin finaL de La remuneracin de La base tarifaria deL sgt.............. 168grfico n 87: minimizacin deL costo totaL a remunerar con La determinacin deL ser..... 170grfico n 88: costos de operacin y mantenimiento de Los sst y sct................................ 171grfico n 89: factor de prdidas medias.......................................................................... 171grfico n 90: cLcuLo deL costo medio anuaL, peaJes, compensaciones y frmuLas de actuaLizacin......................................................................................... 172grfico n 91: tarifa de La actividad de distribucin.......................................................... 173grfico n 92: componentes deL vaLor agregado de distribucin (vad)............................... 174grfico n 93: componentes de Los costos estndares de inversin y o&m........................ 174grfico n 94: cLcuLo deL vaLor agregado de distribucin (vad)....................................... 175grfico n 95: cLcuLo deL vad unitario............................................................................ 176


12

grfico n 96: costo de distribucin eLctrica segn densidad de La zona....................... 179grfico n 97: evoLucin de La cantidad de sectores tpicos en La LegisLacin peruana.... 182grfico n 98: vad promedio ponderado para cada empresa............................................. 183grfico n 99: ordenamiento y agrupamiento de empresas en funcin deL vad.................. 184grfico n 100: cLcuLo y vaLidacin de La tir de cada grupo............................................ 185grfico n 101: composicin de La tarifa aL cLiente finaL................................................... 186grfico n 102: eJempLo de recibo de Luz.......................................................................... 188grfico n 103: fiJacin deL fose...................................................................................... 191grfico n 104: tarifa con fose para eL rango 0 30 Kwh/mes............................................. 192grfico n 105: curva de tarifa con fose para eL rango ms de 30 hasta 100 Kwh/mes........... 192grfico n 106: subsidios y recargos unitarios con eL fose.............................................. 193grfico n 107: etapas de tecnoLogas para generar eLectricidad..................................... 194grfico n 108: demanda subastada, tarifa base y tarifa adJudicada.................................. 197grfico n 109: tarifas adJudicada y primas...................................................................... 198grfico n 110: prospectiva de Los costos de generacin con energa renovabLe ............. 202


13

cuadro n 1: tipos de turbinas......................................................................................... 29cuadro n 2: comparacin deL rendimiento de Las unidades trmicas................................. 37cuadro n 3: tipos de generacin eLctrica con fuentes primarias de energa convencionaLes 42cuadro n 4: tipos de generacin eLctrica con fuentes de energa primarias no convencionaLes 43cuadro n 5: cLasificacin de Las torres de transmisin................................................... 51cuadro n 6: anchos mnimos de faJa de servidumbres....................................................... 53cuadro n 7: reservas probadas de energa primaria comerciaL en eL per (miLes de tJ)..... 75cuadro n 8: produccin de energa primaria en eL per (miLes de tJ)................................ 77cuadro n 9: baLanza comerciaL de energa primaria en eL per (miLes de tJ)...................... 78cuadro n 10: distribucin de La energa primaria para transformacin en eL per (miLes de tJ).................................................................................................. 79cuadro n 11: La oferta interna bruta de La energa primaria comerciaL en eL per (tJ) 81cuadro n 12: reservas versus produccin de energa primaria comerciaL en eL per 2009 (miLes de tJ)........................................................................................... 82cuadro n 13: produccin de energa secundaria en eL per (miLes de tJ)............................ 83cuadro n 14: empresas de generacin eLctrica............................................................... 85cuadro n 15: parmetros tcnicos deL parque de Las principaLes empresas generadoras (2008)............................................................................................................ 86cuadro n 16: produccin y potencia por generadora. oct. 2000 dic. 2009.......................... 87cuadro n 17: empresas distribuidoras que adems generan eLectricidad........................... 88cuadro n 18: empresas de transmisin eLctrica.............................................................. 90cuadro n 19: empresas de transmisin eLctrica.............................................................. 95cuadro n 20: cLasificacin deL usuario Libre y reguLado deL sector eLctrico.................. 101cuadro n 21: empresas generadoras que participan en eL mercado Libre........................... 103cuadro n 22: empresas de distribucin que participan en eL mercado Libre........................ 103cuadro n 23: nmero de cLientes Libres........................................................................... 104cuadro n 24: nmero de puntos de suministro.................................................................. 105cuadro n 25: ventas de energa (gwh)............................................................................... 105cuadro n 26: ventas de energa en eL mercado Libre por empresa (gwh)............................ 107cuadro n 27: precio medio deL mercado Libre por tipo de empresa (ctm s/. /Kwh)................ 109cuadro n 28: facturacin en eL mercado Libre por tipo de empresa.................................. 110cuadro n 29: grandes usuarios deL mercado Libre............................................................ 113cuadro n 30: ventas de energa en eL mercado Libre por actividad econmica.................... 115cuadro n 31: interpretacin deL hhi.................................................................................. 118cuadro n 32: generacin eLctrica deL sein (gwh) por grupo econmico........................... 120cuadro n 33: participacin porcentuaL en La produccin anuaL por grupo econmico....... 121cuadro n 34: ventas en eL mercado Libre (gwh) segn grupo econmico............................ 123cuadro n 35: participaciones en eL mercado Libre (gwh).................................................... 124cuadro n 36: tipos de diseo de mercado eLctrico.......................................................... 136cuadro n 37: tipos de Licitaciones de contratos de suministro.......................................... 148cuadro n 38: tipos de Licitaciones de contratos de suministro.......................................... 153cuadro n 39: Licitaciones de contratos de suministro de corto pLazo (2006-2007)................ 155cuadro n 40: Licitaciones de contratos de suministro de corto pLazo (2008)....................... 156cuadro n 41: Licitaciones de contratos de suministro de corto pLazo (2009)....................... 157cuadro n 42: Licitaciones de contratos de suministro de corto pLazo (2009-2010)................ 158cuadro n 43: determinantes de Los factores de energa y potencia................................... 159cuadro n 44: sistemas de transmisin que coexisten en eL per........................................ 161cuadro n 45: sectores tpicos de distribucin (std).......................................................... 178

NDICE DE CUADROS


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cuadro n 46: sectores tpicos y empresas modeLos........................................................ 180cuadro n 47: composicin de La tarifa aL cLiente finaL.................................................... 187cuadro n 48: subsidios apLicabLes por eL fose................................................................ 190cuadro n 49: factores de aJuste progresivo para usuarios deL sistema aisLado.............. 190cuadro n 50: resuLtados de La 1 subasta de energas renovabLes: 1 convocatoria......... 199cuadro n 51: resuLtados de La 1 subasta de energas renovabLes: 2 convocatoria......... 199cuadro n 52: tecnoLogas accesibLes hoy en da.............................................................. 201cuadro n 53: incremento deL uso de energa renovabLe................................................... 201


15

imagen n 1: turbinas hidruLicas.................................................................................... 28imagen n 2: turbina a vapor........................................................................................... 29imagen n 3: Lnea de transmisin de 220 Kv, mantaro cotaruse..................................... 48imagen n 4: subestaciones de transformacin de tumbes y Lambayeque........................... 49imagen n 5: torres de transmisin segn eL materiaL de construccin............................ 50imagen n 6: torres de transmisin segn La funcin que eJercen................................... 51imagen n 7: sistema de distribucin primaria y secundaria.............................................. 58imagen n 8: conexin simpLe y dobLe.............................................................................. 60imagen n 9: conexiones con derivaciones centraLizadas en un soLo punto...................... 60imagen n 10: conexiones con derivaciones distribuidas por pLantas.................................. 61imagen n 11: medidor eLectromecnico............................................................................ 62imagen n 12: medidor eLectrnico................................................................................... 62imagen n 13: medidor monofsico.................................................................................... 63imagen n 14: medidor trifsico eLectromecnico............................................................. 64imagen n 15: medidor muLtitarifa eLectrnico.................................................................. 64imagen n 16: eL sistema eLctrico interconectado nacionaL (sein).................................... 91imagen n 17: ubicacin de Los sistemas de distribucin eLctrica (2009)............................. 94imagen n 18: procedimiento para fiJacin deL vaLor agregado de distribucin................... 177imagen n 19: sectores tpicos en eL per......................................................................... 181imagen n 20: gas naturaL a partir deL co2........................................................................ 203imagen n 21: bacteria que excreta petrLeo.................................................................... 203imagen n 22: pLantas de carbn sin refrigeracin............................................................ 204imagen n 23: turbina eLica fLotante............................................................................... 205imagen n 24: gLobaL technoLogy revoLution top 16 rand corporation............................ 205

NDICE DE IMGENES


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recuadro n 1: eL ao hidroLgico................................................................................. 32recuadro n 2: cLasificacin deL ao hidroLgico........................................................... 32recuadro n 3: rendimiento de Las unidades trmicas...................................................... 37recuadro n 4: cLasificacin de Las torres de transmisin.............................................. 50recuadro n 5: partes de una torre de transmisin........................................................ 52recuadro n 6: tipos de conexin de La acometida........................................................... 59

NDICE DE RECUADROS


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Prlogo

En los ltimos 18 aos el Producto Bruto Interno del Per ha crecido a un ritmo promedio de 5.3% anual, crecimiento que se encuentra sustentado en el dinamismo de diversas actividades (minera, industria, manufactura, entre otras); lo cual, a su vez, se ve reflejado en la mayor demanda elctrica. En efecto, las ventas de energa han crecido en promedio en un 8.1% cada ao en el referido periodo, presentndose en el caso de algunas regiones un crecimiento bastante mayor, sobre todo en la zona norte del pas.

El reconocimiento de la importancia de la energa para el crecimiento de la economa peruana, sumado al hecho de no contar con una bibliografa que desarrolle de manera integral las caractersticas de las actividades que componen este sector, ha motivado la elaboracin del presente libro, el cual tiene por objetivo principal dar a conocer, desde una perspectiva tcnico-econmica, el funcionamiento y las principales caractersticas del sector elctrico peruano.

Adems de ello, el lector debe tener en cuenta que el contenido del libro se circunscribe a un contexto de reformas que se plasmaron a travs del marco regulatorio del sector elctrico establecido por el Decreto Ley N 25844, Ley de Concesiones Elctricas (1992), que tuvo como objetivo fomentar la eficiencia econmica, al cual se le aade el nuevo marco regulatorio, Ley N 28832, Ley para Asegurar el Desarrollo Eficiente de la Generacin Elctrica (2006), emitida con el objetivo de corregir los problemas suscitados en el ao 2004,


18

cuando las empresas generadoras se negaron a la renovacin de sus contratos de suministro con los distribuidores a la tarifa en barra, ello aunado a otros problemas principalmente en la transmisin elctrica.

Bajo esas premisas generales, en el presente libro se presenta un estudio sistemtico de las principales actividades del sector elctrico peruano: generacin, operacin del sistema (despacho), transmisin, distribucin y comercializacin, tomando en cuenta sus caractersticas particulares, a partir de las cuales, como se podr advertir, se definen los modelos de regulacin para cada una de ellas.

Es as que, considerando dichos aspectos, se describe a la generacin elctrica como una actividad potencialmente competitiva, por lo que en su caso resulta ms eficiente introducir competencia, a travs del fomento de mecanismos mercado para la formacin de precios. En cambio, en las actividades de transmisin y distribucin elctrica se presentan caractersticas de monopolio natural, por ello se requiere que se establezcan modelos de regulacin tarifaria as como concesiones exclusivas, con el fin de lograr un mejor desempeo en dichos sectores.

En la elaboracin del texto se ha tenido en cuenta la complejidad de los aspectos tcnicos y econmicos que se presentan en cada actividad de la cadena productiva del sector elctrico, as como las normas sectoriales. En ese sentido, se presentan ejemplos y casos ilustrativos en cada seccin.


19

Antes de la dcada de los 90s, el mercado elctrico peruano estaba constituido por un monopolio estatal verticalmente integrado, el cual se encontraba caracterizado por tener un importante dficit, insuficientes inversiones, bajo coeficiente de electrificacin, cortes y racionamiento del servicio. Este escenario fue modificado por las reformas estructurales de primera generacin que se iniciaron en el mundo en la dcada de los 80s y llegaron al Per a principios de los 90s. Las reformas consistieron en separar las actividades de la cadena productiva, abrir el mercado a la competencia donde fuera posible, abandonar el esquema de control de precios, introducir la inversin privada y la privatizacin, y establecer modelos regulatorios apropiados para cada actividad.

Se puede afirmar que a consecuencia de las referidas reformas, as como a las de segunda generacin, el mercado elctrico peruano ha conseguido un desarrollo significativo que ha permitido acompaar al crecimiento econmico del pas. Por ello, considerando que dicho sector es trascendental para el desarrollo del pas y que presenta un alto grado de complejidad por sus caractersticas tcnicas, econmicas y normativas, el presente libro ofrece un panorama integral del sector elctrico peruano desde una perspectiva tcnico-econmica.

La estructura del libro consta de tres partes. En la primera, se describen desde una perspectiva tcnica, el funcionamiento del sector elctrico y las caractersticas de la electricidad, tomando en cuenta las principales actividades

IntroduccIn


20

en las que se divide dicho sector: generacin, transmisin y distribucin elctrica. En esta parte se abordan los conceptos principales sobre la produccin de electricidad y las diversas tecnologas de generacin existentes; las caractersticas de los sistemas de transmisin y la distribucin elctrica.

La segunda parte del libro se enfoca en la operacin del sector elctrico en el mercado peruano, cubriendo el diseo del mercado elctrico y las relaciones tcnico-econmicas entre los diferentes agentes y empresas de este sector: generadores, transmisores, distribuidores y el operador del sistema. En esta parte, se presentan los roles que desempean las principales instituciones del sector, incluyendo al Ministerio de Energa y Minas como rgano normativo; al OSINERGMIN como organismo regulador y supervisor, y al Comit de Operacin Econmica del Sistema (COES), institucin encargada de la coordinacin de la operacin del sistema elctrico. As tambin se incluye informacin estadstica del mercado elctrico.

En la tercera parte se analizan los mecanismos de formacin de precios en el sector elctrico peruano, tomando en cuenta los modelos de fijacin de tarifas para cada actividad. El marco regulatorio de generacin y transmisin elctrica se basa en la Ley para Asegurar el Desarrollo Eficiente de la Generacin Elctrica, Ley N 28832, que constituy una importante reforma. Respecto a la distribucin elctrica, se presenta el modelo de regulacin establecido en la Ley de Concesiones Elctricas, Decreto Ley N 25844. Adems se presentan diversos ejemplos con el fin de ilustrar el funcionamiento del mercado elctrico peruano. Tambin se consideran otros temas importantes, como son: la aplicacin del Fondo de Compensacin Social Elctrica (FOSE) para asistir a los consumidores de menores ingresos; y, la promocin de la inversin en generacin de electricidad en base a energas renovables no convencionales.

El libro est dirigido a economistas, abogados e ingenieros relacionados con el sector elctrico y profesionales interesados en adquirir conocimientos sobre el sector elctrico peruano.


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Fundamentos Tcnicos del Sector Elctrico

Para tener un panorama completo del sector elctrico resulta imprescindible contar con un conocimiento de los aspectos tcnicos y econmicos propios de dicho sector; en ese sentido, en el presente apartado abordamos el primero de ellos, los fundamentos tcnicos, los cuales sern presentados tomando en cuenta las tres actividades principales del mercado elctrico: la generacin, la transmisin y la distribucin1.

Por un lado, respecto a la generacin, se abordan los siguientes subtemas: los conceptos de energa y potencia elctrica, la corriente continua y alterna, las formas de generar electricidad, la cogeneracin y la generacin distribuida. Seguidamente, en relacin a la transmisin se trata sobre: las prdidas de energa en la transmisin, los componentes de la transmisin, las etapas del proceso, las instalaciones del sistema de transmisin, las fajas de servidumbres y los vanos econmicos y especiales. Finalmente, sobre la distribucin se abordan los siguientes puntos: topologa de las redes de distribucin, tipos de distribucin elctrica, la acometida, sus partes y tipos, medidores elctricos y la clasificacin de los mismos.

Sobre la base de los referidos conceptos tcnicos, en la segunda parte del documento se estudiarn los aspectos tcnico-econmicos del sector elctrico.

1.1 La generacin elctrica La generacin es la primera de las actividades de la cadena productiva de energa elctrica, la cual consiste en transformar alguna clase de energa (trmica, mecnica, luminosa, entre otras) en energa elctrica. Ahora bien, para poder comprender a cabalidad cmo se realiza este proceso de transformacin, se requiere conocer algunos conceptos previos, tales como: energa y potencia elctrica, mxima demanda, factor de carga, corriente alterna y continua. Estos conceptos nos permitirn comprender, desde el punto de vista tcnico, cmo se genera la energa elctrica, para finalmente abordar, los tipos de generacin elctrica que existen.

1.1.1 Energa y potencia elctricaLa energa elctrica se produce ante la presencia del movimiento de electrones, el cual es causado por una tensin elctrica. La cantidad de energa elctrica que se produzca depender entonces de cuntos electrones se trasladen por unidad de tiempo, el tiempo que perdure dicho movimiento y la magnitud de tensin que las ocasione.

Para poder entender de manera clara lo sealado, se debe tener en cuenta que en condiciones de equilibrio, los tomos tienen la misma cantidad de protones y electrones, es decir, se encuentran estabilizados o neutralizados electrnicamente. Sin embargo, existen ocasiones en las cuales los tomos pueden descompensarse o electrizarse2,

1 En la segunda parte del presente trabajo se realiza un anlisis exhaustivo de la separacin de actividades en el sector elctrico, de acuerdo con sus caractersticas tcnico-econmicas.2 Lo que puede ocurrir de manera espontnea o inducida, nuestro inters se encontrar en el segundo caso.

Parte I:


22

es decir tener una mayor cantidad de electrones o protones y, por lo tanto, una carga elctrica (positiva o negativa), a estos tomos con carga elctrica se les denomina iones.

La presencia de los referidos tomos descompensados causa una tensin o voltaje3 (similar a la presin en el flujo de fluidos, como el agua o el aire), lo que provoca un flujo de electrones, es decir corriente elctrica, que contina hasta que se compensen las cargas elctricas en los tomos. La cantidad de corriente elctrica que se traslada por unidad de tiempo se denomina intensidad de corriente.En funcin de todos esos elementos, se puede definir la energa elctrica como el producto del voltaje (V), la intensidad de la corriente elctrica (I) y el tiempo transcurrido (t):

E V I t= (1)Donde:

E : Energa elctrica (medido en Watts por hora - Wh)

V : Voltaje (medido en Voltios - V)

I : Intensidad de corriente (medido en Amperios - A)

t : Tiempo transcurrido (medido en Horas - h)

As como la energa elctrica, otro concepto importante es el de potencia elctrica, que en el caso de un circuito elctrico o cuando se produzca energa a la mxima capacidad en un perodo determinado, la potencia elctrica equivale a la energa elctrica que se produce en cada unidad de tiempo, por lo tanto:

EPt

= (2)

Reemplazando (1) en (2) tenemos:

P V I= (3)

En el caso de la generacin de energa elctrica, se define a la potencia elctrica, como la capacidad que se posee para generar electricidad. A modo de ejemplo, podemos decir que una generadora con una capacidad de 100 megawatts (MW), que produce en una hora 100 megawatts-hora (MWh), producira en dos horas 200 MWh, en cuatro 400 MWh y as sucesivamente4.

A fin de clarificar conceptos, podemos utilizar la siguiente anloga: si se cuenta con una panadera que tiene un horno con capacidad para producir 100 panes en una hora, esta panadera en ocho horas podra producir hasta 800 panes. El equivalente en el sector elctrico podra ser contar con un generador de 100 MW de capacidad, el cual podra generar, en ocho horas, energa equivalente a 800 MW-hora (MWh)5.

3 Tambin llamada diferencia de potencial o fuerza electromotriz.4 Dicha generadora podra producir al 50% de su potencia (capacidad), solo 50 MWh en cada hora, por lo que en 4 horas alcanzara a producir 200 MWh.5 La potencia usualmente se mide en Watts o en mltiplos de dicha unidad de medida, siendo los ms comunes Kilowatts (kW), Megawatts (MW), Gigawatts (GW) y Terawatts (TW). Ntese por otro lado que si la unidad de tiempo en la que se toman las medidas elctricas es infinitesimal, por ejemplo un segundo, la energa y la potencia sern idnticas en magnitud, pero no en la unidad de medida.

E : Energa elctrica (medido en Watts por hora - Wh)

V : Voltaje (medido en Voltios - V)

I : Intensidad de corriente (medido en Amperios - A)

t : Tiempo transcurrido (medido en Horas - h)


23

1.1.2. Potencia, mxima demanda y el factor de cargaEn el sector elctrico, se dice que la demanda elctrica es variable en el tiempo porque el consumo de electricidad puede variar de acuerdo a la hora del da. En efecto, en ciertas horas se consume ms electricidad, por ejemplo en las noches (entre 6:00 p.m. y 11:00 p.m., a las que llamamos horas de punta), mientras que en otras se consume menos electricidad, as por la maana y tarde (horas fuera de punta). Dentro de esa lnea, el concepto de mxima demanda6 hace referencia al registro de demanda de mayor consumo en un perodo determinado. Dicho de otra forma, si dividiramos un perodo en intervalos de tiempo idnticos, de una hora cada uno, la mayor potencia registrada en un determinado perodo sera la mxima demanda. A modo de ejemplo, en el Grfico N 1 se propone la demanda elctrica ficticia de un da (24 horas), donde se puede apreciar que, en la primera hora se presenta una demanda de energa de 4 MWh, en la octava se demandan 2 MWh y en la vigsimo primera 9 MWh. Para este caso, la demanda total de energa es de 120 MWh en un da, este resultado es producto de la suma de lo demandado en cada una de las horas del da, tal como se representa a continuacin:

hora1 hora 2 hora 3 hora 4 ... hora 22 hora 23 hora 24 Demanda deenerga del da+ + + + + + + =

4 2 1 3 2 3 4 2 5 4 5 4 3 5 4 6 8 10 9 8 9 8 6 5 120+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + =

Advirtase que la mxima demanda del perodo se produce en la decimoctava hora (6:00 p.m.) y es igual a 10 MWh. En el ejemplo propuesto, si se quisiera instalar un generador con una potencia suficiente como para atender dicha mxima demanda se necesitara instalar por lo menos uno de 10 MW de potencia7. Del ejemplo propuesto se puede notar que existe una relacin estrecha entre potencia y mxima demanda, y es, justamente, atendiendo a esta relacin que a la mxima demanda tambin se le denomina demanda de potencia.

Grfico N 1: Energa y potencia

2 2 2

5 5 5 5

1

3 3 3

4 4 4 4 4

6 6

8 8 8

109 9

DDeemmaannddaa ddee EEnneerrggaa == 112200 MMWWhh

DDeemmaannddaa MMxxiimmaa == 1100 MMWW

TToottaall ddee HHoorraass == 2244 hhoorraass

FFaaccttoorr ddee CCaarrggaa ((**)) == 112200//((1100**2244)) == 5500%%

MW

10

9

8

7 8 9 10 11

Horas del Da

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2465432

1

2

3

4

5

6

7

10

Potencia Mxima oCarga Mxima = Demanda Mxima

Elaboracin: Propia

(*) El factor de carga es un indicador de la eficiencia de la produccin y abastecimiento.6 El cual recibe tambin la denominacin de demanda pico, mxima carga o demanda de potencia.7 Sin tomar en cuenta aspectos como mantenimientos, incertidumbre en la demanda, prdidas de energa en la transmisin y distribucin elctrica, el autoconsumo de los generadores, etc. Los cuales sern mencionados ms adelante.

Elaboracin: Propia (*) El factor de carga es un indicador de la eficiencia de la produccin y abastecimiento.


24

Un segundo tema a tratar es la eficiencia en la provisin de energa en funcin de las caractersticas de la demanda. Para ello en el Grfico N 2, se propone un caso en el cual se muestra una demanda de energa constante (5 MWh) en cada una de las horas del da. Para este caso, la demanda de energa en un da nos da un total de 120 MWh (5 MWh x 24) y la demanda de potencia sera igual a 5 MW, debido a que es la mxima potencia requerida en un da, pero presentada de manera uniforme durante todo el perodo.

Grfico N 2: Factor de carga y eficiencia

MW

10

9

8

7 8 9 10 11

Horas del Da

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2465432

1

2

3

4

5

6

7

10

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

DDeemmaannddaa ddee EEnneerrggaa == 112200 MMWWhh DDeemmaannddaa MMxxiimmaa == 55 MMWW TToottaall ddee HHoorraass == 2244 hhoorraass FFaaccttoorr ddee CCaarrggaa ((**)) == 112200//((55**2244))==110000%%

Elaboracin: Propia


De los dos ejemplos propuestos, se observa que la demanda de energa es la misma (120 MWh); sin embargo, en el primer caso se necesita mayor capacidad o potencia para servir a la demanda (10 MW en lugar de 5 MW), ello se traduce en la necesidad de una mayor inversin para poder cubrir la demanda mxima. Asimismo, significa que durante muchas horas del da se tiene capacidad de produccin (potencia) sin usar, es decir, capacidad instalada ociosa. Mientras que en el segundo caso, se tiene capacidad instalada (potencia) de 5 MW y una demanda igual y constante en todo el perodo analizado, por lo que se utiliza el 100% de la capacidad en todo momento.

Un concepto relacionado al hecho anterior y que permite medir la eficiencia en la utilizacin de la capacidad de produccin o potencia es el factor de carga, el cual se define como el ratio entre la carga o demanda promedio8 y la carga o demanda mxima durante el perodo analizado.

.( ). .

Carga total del perodoCarga Prom del perodoPerodoFactor deCarga Fc

CargaMx del perodo CargaMx del perodo

= =

(4)

Utilizando (4) se puede calcular el factor de carga de los dos casos propuestos anteriormente:

8 La carga o demanda promedio es igual a la carga o demanda total dividida entre la extensin del perodo.

Elaboracin: Propia (*) El factor de carga es un indicador de la eficiencia de la produccin y abastecimiento.


25

1205 1241 0.5 50%

10 10 2

MWhMWhFc

MW MW= = = = =

1205242 1 100%

5 5

MWhMWhFc

MW MW= = = =

Se puede apreciar que para el primer caso, el factor de carga es igual a 0,5 o 50%, lo que indica que se utiliza en promedio la mitad de la capacidad de produccin (potencia instalada); mientras que en el segundo caso, se presenta un factor de carga igual a 1 o 100%, lo que indica que se presenta una situacin de mxima eficiencia, debido a que la capacidad es usada en su totalidad en todo momento. Por ltimo, se debe indicar que, utilizando el factor de carga, se puede calcular un ndice de capacidad ociosa de la siguiente forma:

1Factor deCapacidad Ociosa Fc= (5)

1.1.3. Corriente continua y corriente alternaExisten dos formas en las que se presenta la energa elctrica, una es a travs de la corriente continua y otra es a travs de la corriente alterna. La segunda de ellas es la de mayor utilizacin, debido a razones tcnico-econmicas, entre las que podemos mencionar la facilidad para transportarla a mayores voltajes disminuyendo con ello las prdidas de energa en el transporte a largas distancias9.

La corriente continua es aqulla que no cambia de polaridad en el tiempo, por ejemplo las pilas y las bateras proveen este tipo de corriente.

En el Grfico N 3, se representa (ver Caso A) la corriente continua constante (la que presenta el mismo voltaje en todo momento). Mientras que en los Casos B y C, se representan la corriente continua cuando el voltaje varia, pero siempre mantenindose en un mismo polo (voltajes que no alternan entre ambos polos).

Grfico N 3: Corriente continua

Caso A

Caso B

Caso C Voltios

Tiempo

+

0

-

9 Para un mayor desarrollo de ese aspecto vase la seccin de transmisin elctrica ms adelante.

Elaboracin: Propia


26

En el Grfico N 4, se representa una onda sinusoidal10, que es la forma ms comn de representar a la corriente alterna, la cual recibe dicha denominacin debido a que vara entre el sentido (polo) positivo y el negativo11. sta es el tipo de corriente que se utiliza, por ejemplo, en las instalaciones elctricas domsticas.

Grfico N 4: Corriente alterna

+

0

-Corriente Alterna

A B C

Voltios Tiempo

1.1.4 Cmo se genera la electricidad?En esta seccin y en las siguientes se desarrolla con cierto detalle el proceso tcnico de generacin elctrica, se podr apreciar que dicha explicacin se basa en los conceptos brindados en las secciones previas. En ese sentido, se comenzar por explicar en qu consiste la generacin elctrica.

La generacin elctrica es el proceso de produccin de electricidad o energa elctrica, en la que se utiliza una mquina llamada alternador o generador elctrico, la cual aprovecha la energa mecnica que se le aplica12, donde un generador elctrico o la agrupacin de varios generadores forman una central elctrica.

10 Su nombre se deriva de graficar la funcin matemtica seno.11 En el grfico se puede apreciar la representacin de un ciclo de onda. Llamamos as al perodo completo desde donde se inicia la grfica (por ejemplo, el punto A que presenta polaridad neutra - situacin en la cual no se presenta un flujo de corriente elctrica) hasta donde termina (punto C), pasando por ambos sentidos. Tambin se puede medir un ciclo de onda desde una cresta (punto ms alto de la onda sinusoidal) hasta la siguiente cresta, o en su defecto, desde un punto valle (punto ms bajo de la onda sinusoidal) hasta el siguiente.12 Dicha energa mecnica proviene de una fuente primaria de energa, la cual puede ser trmica o hidrulica. Se parte de la Ley de la Conservacin de la Energa, primer principio de la termodinmica, el cual afirma que en cualquier sistema sin interaccin con ningn otro, la cantidad total de energa permanece invariable en el tiempo: La energa no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Elaboracin: Propia


27

Grfico N 5: Generacin de electricidad: el alternador

- +(A)Corte transversal

Polo negavodel Imn

Polo posivodel Imn

Eje

Rotor del alternador

+

-

(B)Corte longitudinal

Polo posivo

Polo negavo

Turbina

Corriente Alterna

Campo Magnco

El Grfico N 5 muestra un generador elctricto13 o alternador desde dos perspectivas distintas, en la parte superior (A) se muestra el corte transversal, mientras que en la parte inferior (B) se muestra un corte longitudinal.

En la parte superior (A) del Grfico N 5 se aprecia que en la parte exterior del alternador se encuentran dos polos opuestos de un imn, los cuales se atraen, generando un campo magntico en el espacio que existe entre ellos. Dentro de dicho campo se encuentra el rotor14 que gira alrededor de su eje, el cual genera una corriente elctrica inducida15 cuando se pone en contacto con los polos del imn.

En la parte inferior (B) del mismo grfico se muestra el corte longitudinal del alternador. Se puede apreciar que el rotor se encuentra conectado a una vara metlica que lo hace girar. Dicha vara se encuentra conectada, a su vez, a una turbina16, la cual al moverse hace girar el rotor del alternador produciendo corriente elctrica alterna.

13 Debe mencionarse que el grfico mostrado presenta una mayor semejanza con un motor que con un alternador; sin embargo, debido a fines metodolgicos se eligi esta presentacin. As, habitualmente el rotor es la parte externa del generador, mientras que el estator (seccin que permanece fija) es la parte interna, a diferencia de lo que muestra el grfico.14 Se denomina rotor a la parte mvil de un alternador.15 El inductor es el cuerpo que crea el campo magntico, que en el caso descrito son los polos del imn, y el inducido, es el cuerpo conductor atravesado por el campo magntico.16 La turbina es el dispositivo que provee de movimiento mecnico al alternador.

Elaboracin: Propia


28

1.1.5 TurbinasAdems de los conceptos previos que se han ido detallando, resulta importante conocer algunos elementos indispensables para la generacin de la electricidad, como es el caso de las turbinas.

Las turbinas son dispositivos a travs de las cuales transita un fluido17, transmitiendo energa cintica y convirtindola en energa mecnica. Las turbinas se pueden clasificar, segn el fluido que las impulsa, en hidrulicas y trmicas.

A. Turbinas hidrulicas

Son aquellas turbinas que trabajan con lquidos. Las turbinas hidrulicas son la versin moderna de las antiguas ruedas hidrulicas. En el lado izquierdo de la Imagen N 1, se muestra una turbina hidrulica del tipo Pelton, mientras que en el lado derecho, una turbina hidrulica del tipo Francis.

Imagen N 1: Turbinas hidrulicas

Turbina Pelton Turbina Francis

Fuente: Hydraulic Motors Irving P. Church (1905)

B. Turbinas trmicas

En este tipo de turbinas, el fluido que pasa por ellas sufre un cambio de densidad. Tpicamente se pueden clasificar en turbinas de vapor y turbinas de gas. Las turbinas de vapor funcionan principalmente con el vapor de agua como fluido de trabajo18 (ver Imagen N 2), mientras que las de gas trabajan en base a gases obtenidos como producto de la combustin. En estas ltimas, la expansin del gas acta como una fuerza que genera el movimiento de las turbinas. En el Cuadro N 1 se presenta una clasificacin de las turbinas detallando los aspectos ms importantes que posee cada tipo.

17 Los cuales pueden ser lquidos o gaseosos.18 Fluido que brinda energa a la turbina.


29

Imagen N 2: Turbina a vapor

Cuadro N 1: Tipos de Turbinas

Tipo de Turbina segn la fuente primaria

Tipo de Turbina segn la fuente y

tecnologa

Nombre de la Turbina y Eficiencia

Turbinas hidrulicas: son aquellas que trabajan con lquidos. Se clasifican de acuerdo a la variacin de la presin que ejerce el agua en el rodete19.

Turbinas de accin o impulsin: el flujo que las atraviesa no cambia de presin.

Turbinas Pelton o turbina de chorro (84% a 92% de eficiencia)

Turbinas Turgo (eficiencia de 90%)

Turbinas de flujo cruzado o Michael-Banki (70% a 80% de eficiencia)

Turbinas de reaccin o sobrepresin: El flujo que las atraviesa cambia de presin.

Turbinas Francis (85% a 95% de eficiencia)

Turbinas Kaplan (93% a 95% de eficiencia)

Turbinas de flujo cruzado o Michael-Banki (70% a 80% de eficiencia)

Turbinas trmicas: son aquellas en las que el fluido sufre un cambio de densidad.

Turbinas de vapor: funcionan con el vapor de agua como fluido que brinda la energa cintica a la turbina.

Turbinas de gas: son aquellas que trabajan a base de gases, obtenidos producto de la combustin.

Elaboracin: Propia19

19 Dispositivo de la turbina hidrulica asociado al rotor.

Fuente: Turbinas de Vapor Pedro Fernndez Diez (2003)


30

1.1.6 Cmo se genera energa elctrica alterna?Como se ha sealado anteriormente, cuando el rotor del alternador gira alrededor de su eje (ver Grfico N 6), sus extremos al hacer contacto con los polos del imn, cambian de polaridad, este hecho determina que la energa elctrica producida oscile entre el cuadrante positivo y negativo, lo que se ha definido como energa elctrica alterna.

En el Grfico N 6 se puede apreciar el corte transversal de tres situaciones en el giro del rotor del alternador. La parte (i) muestra una situacin donde el rotor hace contacto con los polos del imn, correspondiendo a la cresta de la onda de corriente alterna en la parte derecha del grfico. Conforme el rotor va girando, desde una situacin como la mostrada en (i) hacia una situacin como la mostrada en (ii), la cantidad de energa que se puede transmitir va disminuyendo, porque se va alejando de los polos del imn, lo que se traduce en un menor voltaje en la onda de corriente alterna.

Grfico N 6: Generacin elctrica y corriente alterna

+ -

+ -

+ -

(i)

(ii)

(iii)

El punto B est cargado posivamente

El punto B electrnicamente neutro

El punto B est cargado negavamente

A B

B

A

A

B

Corriente Alterna Generada

Un ciclo de Onda

Voltios

Tiempo

+

0

-

Giro del Rotor

La parte (ii) hace referencia a una situacin particular que es el momento cuando el rotor no hace contacto con los polos del imn; es decir, en dicho momento se tiene un voltaje cero, donde la onda de corriente alterna corta al eje horizontal, como se muestra en el grfico. El rotor contina girando, pero en este caso el lado B del rotor que transmita energa desde el polo positivo al negativo del imn ha cambiado, por lo que la corriente alterna generada se encuentra en el sentido contrario (negativo), como se puede apreciar en la parte (iii) del grfico, y en la onda de corriente alterna.

La cantidad de giros por segundo que realiza el rotor determina el nmero de ciclos de onda que se producen, lo que recibe el nombre de frecuencia. Un ciclo comprende desde el comienzo de la onda, en el sentido positivo, hasta el final de la onda, en el sentido negativo (ver grfico anterior). La frecuencia se mide en Hertz (Hz) que en el Per es de 60 Hz, es decir, 60 ciclos por segundo20.

20 Esta frecuencia no es la misma en todos los pases; en algunos, como los europeos, la frecuencia es de 50 Hz, asimismo en Arequipa antes de la interconexin al SEIN tambin se presentaba una frecuencia de 50 Hz.

Elaboracin: Propia


31

1.1.7 Tipos de generacinLos tipos de generacin elctrica pueden ser clasificados en funcin a la fuente de energa primaria (hidrulica, petrleo, gas natural, carbn, uranio, entre otros) que hace girar la turbina del generador; en ese sentido, se puede afirmar que, tradicionalmente, existen dos tipos de generacin elctrica en el mundo: la generacin hidrulica y la generacin trmica.

No obstante ello, cabe la posibilidad de encontrar otros tipos de generacin, ello tomando como base las Fuentes de Energa Renovable No Convencional (FERNC), entre las que se pueden mencionar al viento, los rayos solares, el calor de la tierra, entre otras, las cuales sern revisadas ms adelante. A continuacin, trataremos los dos tipos de generacin tradicionales.

A. Generacin hidrulica

Este tipo de generacin elctrica se realiza con las centrales de generacin hidrulica, las cuales utilizan la energa cintica21 y el potencial gravitatorio22 del agua para hacer girar el rotor del alternador y, como consecuencia de ello, generar electricidad.

A su vez, las centrales elctricas de generacin hidrulica se pueden clasificar en dos tipos segn estn o no asociadas a un embalse23: centrales hidrulicas de embalse y de pasada, respectivamente.

a. Centrales hidrulicas de pasada: tambin llamadas centrales hidrulicas de agua fluyente, son aqullas que no presentan embalse, por lo que solo aprovechan la energa cintica que brinda el movimiento del agua de los ros para lograr mover las turbinas del generador. El problema con este tipo de centrales es la volatilidad de su produccin, ya que dependen de la escorrenta24 de los ros, es decir, en temporadas secas (cuando los ros presentan poco caudal) generan poca o nula electricidad; y en temporadas hmedas generan un mayor nivel de electricidad; dicha caracterstica de este tipo de centrales las hace muy dependientes de las situaciones climatolgicas.

b. Centrales Hidrulicas de embalse: este tipo de centrales estn asociadas a un embalse, el cual es producido por una represa que genera un desnivel25 en el lecho de un ro, aprovechndose, adems de la energa cintica, la energa potencial gravitatoria para generar electricidad.

En el Grfico N 7 se muestra el esquema de una central de generacin hidrulica de embalse, en donde se puede apreciar cmo la represa genera un salto geodsico. Al liberarse el agua, sta cae con gran potencia sobre la turbina del alternador (generador), el cual gira y, a consecuencia de ello, genera corriente elctrica alterna.

Este tipo de central tiene la ventaja de poder regular el agua turbinable, es decir, puede regular el agua que pasa por la turbina sin depender del caudal del ro. Por lo tanto, a diferencia de la central de pasada, puede mantener una produccin de energa elctrica ms estable, adems de explotar una mayor fuerza motriz debido a que utiliza la cada del agua y no slo su cauce.

21 Energa producto del movimiento.22 Energa producto del efecto de la gravedad y est en funcin de la masa del cuerpo y la altura.23 Se llama embalse a la acumulacin de agua formada natural o artificialmente, producto de la obstruccin del cauce de un ro.24 Agua que se desplaza por el ro.25 Tambin llamado salto geodsico.


32

Grfico N 7: Esquema de la generacin hidrulica de embalse

Embalse

Corriente Alterna

Embalse Represa

Cada de Agua

Turbina

Generador o Alternador Elctrico

Ro

Elaboracin: Propia

En los Recuadros N 1 y 2 se presenta informacin complementaria sobre el ao hidrolgico y su clasificacin, un concepto importante para una mejor comprensin de la generacin hidrulica.

Recuadro N 1: El ao hidrolgico

Durante el ao se presentan perodos donde se producen frecuentes precipitaciones, las cuales elevan los caudales de los ros, lo que permite llenar los embalses asociados a centrales hidroelctricas. Dicho perodo se denomina de avenida y en el Per habitualmente se presenta entre los meses de noviembre de un ao a mayo del ao siguiente. Por el contrario, al perodo en el que se presentan escasas precipitaciones se denomina perodo de estiaje.De acuerdo a lo sealado, el ao hidrolgico es el perodo de un ao, el cual no coincide con el ao calendario, que comienza con el perodo de avenida y termina con el perodo de estiaje. El Grfico N 8 muestra un esquema que define el ao hidrolgico descrito en la unidad de medida de los aos calendario.

Grfico N 8: Ao hidrolgico

Ao Calendario 1

Meses de mayores

precipitaciones

Perodo de

Avenida

Ao Hidrolgico

Meses de menores

precipitaciones

Perodo de

Esaje

Ao Calendario 2

Ene May Nov Ene May Nov

Elaboracin: Propia

Elaboracin: Propia


33

Recuadro N 2: Clasificacin del ao hidrolgico

La clasificacin del ao hidrolgico propuesta por la Direccin General de Electricidad (DGE) del Ministerio de Energa y Minas requiere definir previamente la probabilidad de excedencia, en la medida que la clasificacin se realiza de acuerdo a dicho concepto, como lo veremos ms adelante.

El Porcentaje o probabilidad de excedencia es un indicador que permite clasificar las caractersticas hidrolgicas de un ao en funcin de las precipitaciones que presente, comparndolo con los datos histricos de los aos anteriores. As, si se cuenta con 100 datos ordenados de mayor a menor respecto a sus precipitaciones y al analizar un ao en particular, se observa que ste se encuentra exactamente en el puesto nmero 11 (uno de los de mayor precipitacin), tendra un porcentaje de excedencia de 10%; es decir, solo existe el 10% de probabilidad que otros aos tengan mayores precipitaciones que el ao analizado.

El porcentaje de excedencia brinda una medida del porcentaje de observaciones en los datos, que son mayores que el dato que se est analizando. En funcin del porcentaje de excedencia el ao hidrolgico se puede clasificar en:

a) Ao seco: ao hidrolgico con pocas precipitaciones. El porcentaje de excedencia se encuentra entre 60% y 80%. En el caso de un ao extremadamente seco, este porcentaje se encuentra entre un 80% y 100%.

b) Ao hmedo: ao hidrolgico con muchas precipitaciones. El porcentaje de excedencia se encuentra entre 20% y 40%. Para un ao extremadamente hmedo, el porcentaje se encuentra entre 0% y 20%.

c) Ao normal o promedio: ao hidrolgico con precipitaciones iguales al promedio anual basado en criterios histricos. El porcentaje de excedencia se encuentra entre 40% y 60%, es decir, alrededor de la mitad de la distribucin de probabilidades.

El Grfico N 9 muestra el esquema de la clasificacin del ao hidrolgico. As, tenemos en el extremo izquierdo los aos con mayores precipitaciones y, por lo tanto, poca probabilidad de excedencia; mientras que en el lado derecho tenemos los valores con menores precipitaciones y, por lo tanto, con mayores probabilidades de excedencia.

Grfico N 9: Clasificacin del ao hidrolgico

Valores de los Datos Histricos

100% 50% 40% 60% 20% 80% 0%

Muchas precipitaciones

Pocas precipitaciones

Ao extremadamente

hmedo

Ao hmedo

Ao normal

Ao seco

Ao extremadamente

seco

Probabilidad o proporcin de excedencia

Elaboracin: PropiaElaboracin: Propia


34

B. Generacin trmica

La generacin elctrica tambin se puede basar en energa en forma de calor, utilizando combustibles fsiles como el disel, gas natural y carbn para hacer girar el rotor del alternador. A continuacin, se hace mencin de los tipos de centrales trmicas:

a. Centrales trmicas a disel y/o derivados: este tipo de centrales elctricas utilizan el disel, residual y/u otros derivados del petrleo para la generacin de electricidad. El Grfico N 10 muestra el esquema de este tipo de central, donde se puede apreciar que el proceso comienza (en la parte inferior derecha se muestran los insumos principales: el combustible y el agua) cuando se produce la combustin y se calienta el agua hasta hacer ebullicin, en este momento se genera vapor, el cual es expulsado a alta presin y temperatura, haciendo girar la turbina, la que, finalmente, causa la generacin de energa elctrica alterna.

El vapor producido para hacer girar la turbina es expulsado a elevadas temperaturas. Dicha energa calorfica no se utiliza, por lo que se incurre en un desperdicio importante de energa. El vapor de agua se colecta en un condensador de agua para su posterior reutilizacin en el proceso ya descrito26.

Grfico N 10: Esquema de la generacin trmica a disel y/o derivados

Turbina

Generador

Vapor de agua

Condensador Agua

Caldera

Combusble

Vapor de agua

Corriente alterna

Elaboracin: Propia

b. Centrales trmicas a carbn: su proceso de generacin elctrica es bastante similar al anterior con algunas variantes. El Grfico N 11 muestra el esquema de generacin trmica a carbn.

26 Este tipo de generacin recibe el nombre de generacin trmica, ya que su proceso se basa en la energa trmica generada por la combustin del combustible para mover el rotor del generador.


35

Grfico N 11: Esquema de la generacin trmica a carbn

Corriente alterna

Condensador

Turbina

Vapor

Vapor

Vapor

Agua Carbn

Precipitador

Cenizas

Gases

Caldera

Chimenea

Gases de combusn

Elaboracin: Propia

En este caso, el agua se calienta por medio de la combustin del carbn hasta llegar al punto de ebullicin, con lo cual, el vapor de agua generado es expulsado a gran presin y temperatura, lo que hace mover la turbina y girar el rotor del alternador, generando as corriente elctrica alterna. Este proceso tambin presenta la caracterstica de desaprovechar energa al igual que en las centrales a disel debido a que la energa calorfica generada no se aprovecha. Por otro lado, el agua se reutiliza, pues luego de hacer girar las turbinas, el vapor pasa a un condensador que lo retorna al estado lquido para repetir el proceso antes descrito.

El carbn, al ser un combustible slido, genera partculas slidas durante el proceso de combustin, por lo que se necesita aadir una etapa ms a este proceso. Los gases producto de la combustin son enviados a un precipitador, el cual logra contener las partculas slidas ms grandes (cenizas); los gases resultantes pasan a una chimenea que retiene otra porcin de partculas slidas y lo restante es expulsado al ambiente.

c. Central trmica a gas natural: puede ser bsicamente de dos tipos: las centrales trmicas a gas natural de ciclo simple27 y las de ciclo combinado28.

c.1. Central trmica a gas natural de ciclo simple29: La parte superior del Grfico N 12 muestra el caso de una turbogas que funciona con gas natural30 y es a ciclo simple. En este caso, el gas natural se conc

Fundamentos Tecnicos y Economicos Del Sector Electrico Peruano

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