INTRODUCCION

Norconsult Andina es la filial chilena de Norconsult AS, empresa noruega con 80 años de experiencia en consultoría dedicada a proyectos de infraestructura, con presencia en 150 países a través de sus asesorías en proyectos y con oficinas a la fecha en 11 países, totalizando cerca de 1.800 profesionales de distintas especialidades que le permiten abordar todas las componentes de los proyectos y realizarlo con un enfoque integral.

Norconsult está bien familiarizada con el manejo de pequeños y grandes proyectos de naturaleza compleja, abarcando todas las etapas del ciclo de vida de un proyecto, desde los primeros estudios de factibilidad y pre-inversión, pasando por la planificación y el diseño, licitación y supervisión de la construcción, hasta la implementación, operación y mantenimiento.

En Chile, Norconsult ha participado en los proyectos: Central Alfalfal (1985-1991), Central Canutillar (1990 y 1998) , Central Pangue (1993-1998), Central Ralco (2001-2003), Derechos de Agua AES Gener (2007), Proyecto Alto Maipo (2007-presente), Ojos de Agua (2009), Proyectos Trayenko (2007-2010) y Tinguiririca Energía (2009-presente).

El año 2011 se crea una gerencia de proyectos hidroeléctricos de pequeña y mediana escala, en vista de la creciente demanda por ingeniería para centrales hasta los 20 MW de potencia instalada.

En este año destacan las colaboraciones con EVT Consulting, Energía de la Patagonia y Aysén (EPA S.A), Gestión de Proyectos Eléctricos (G.P.E)

Gracias a la experiencia de Norconsult AS en Noruega y el resto del mundo en proyectos de pequeña envergadura, existe el “Know How” necesario para llevar a cabo la ingeniería en forma eficiente y competitiva por parte del equipo de Norconsult Andina.

EL CONCEPTO DE LAS HIDROELÉCTRICAS

Las pequeñas centrales hidroeléctricas se pueden dividir en las siguientes categorías:

- Micro Hidro, < 100 kW- Mini Hidro, 100 – 1000 kW- Pequeña Hidro, 1000 – 10.000 kW

Los desarrolladores de pequeñas hidroeléctricas deben asegurar la calidad de la planificación técnica y el financiamiento para el desarrollo de la central, lo cual se logra con el apoyo de asesores con experiencia que garanticen el éxito del proyecto.

En el mercado de las pequeñas centrales hidroeléctricas, se tienen muchos proveedores y una gran varedad en precio y calidad. Todas las centrales tienen sus características particulares, tales como caudal, carga hidráulica, topografía, condiciones del suelo, etc. Con el fin de garantizar un diseño adecuado y la correcta selección de los equipos, es importante también tener en cuenta los requisitos específicos del sistema, más allá del programa de entrega de un proveedor específico. Por tanto, es muy importante que los proveedores de equipos entreguen varias propuestas, con el fin de seleccionar el equipo más adecuado para las necesidades específicas del proyecto.

En la planificación y diseño de desarrollos hidroeléctricos pequeños, Norconsult Andina puede asegurar que:

1. Este tipo de centrales logren una buena adaptación local para el buen funcionamiento.

2. Este tipo de centrales tenga equipamiento de alta calidad, larga vida útil, y se mantengan los costos de operación y mantención bajos.

3. El desarrollador obtenga una visión completa de los costos y beneficios esperados, antes de pasar a una etapa de mayor detalle.

4. La preparación de los contratos para la construcción y las condiciones del contrato para la generación de energía en la etapa de operación.

5. La responsabilidad en el diseño y optimización del sistema en su conjunto (evita la suboptimización), desde el ingreso del flujo y descarga en la turbina, para las condiciones del terreno y las soluciones de la estructura, hasta el dimensionamiento y la selección adecuada del equipo.

¿QUE ES UNA PEQUEÑA HIDROELÉCTRICA?

IDENTIFICACION DE OPORTUNIDADES

Los factores claves para hacer que un recurso de energía hidroeléctrica sea económicamente viable constan de lo siguiente:

- Caudal suficiente- Caída de agua concentrada - Accesos y Distancias a los caminos existentes - Accesibilidad y Distancia a las líneas de transmisión existentes, o accesibilidad al consumidor en una red aislada.- Compatibilidad del proyecto con el medio ambiente

PERMISOS

Dependiendo del tamaño de la central hidroeléctrica, serán los permisos que las autoridades tanto locales como a nivel central puedan solicitar.Es esencial el conocimiento de los procedimientos para mantener los costos y el consumo de tiempo de este proceso al mínimo.

LIMITES DE INVERSION

La inversión total tiene un límite evaluado con anterioridad. Esta inversión puede variar notablemente dependiendo de si las condiciones de producción se desarrollarán a través de una red pública existente o no. Dependiendo de la capacidad instalada se pueden aplicar impuestos al consumo, impuestos de los recursos hídricos, etc.Todos estos factores deben ser considerados en la evaluación de rentabilidad del proyecto.

MEDIO AMBIENTE

En la solicitud de permisos para la central hidroeléctrica en virtud del Código de Aguas y la Ley Marco del Medio Ambiente - 19300, se debe describir detalladamente los impactos sobre el medio ambiente y el medio social del proyecto. Este es un requisito previo para facilitar el conocimiento público a los interesados sobre su legítimo derecho a expresar su posición respecto al desarrollo de la central hidroeléctrica a implementar.

DISEÑO BASICO

Cuando el mejor proyecto es seleccionado, se inicia la fase de diseño básico, con el desarrollo de los planos de Layout, los estudios iniciales y los cálculos en todas las disciplinas involucradas se realizan con el fin de evaluar las limitaciones de diseño. Las actividades pueden incluir:- Ingeniería Civil: - El desarrollo de los planos de todos los componentes de la Central; boca toma y casa de máquinas, canales o túneles de conducción de las aguas, y las memorias de cálculos civiles e hidráulicas.- Ingeniería Mecánica: cálculos de transientes hidráulicos, configuración principal de la turbina, MBOP, penstock y diseño hidráulico de las estructuras de acero, componentes de la boca toma, incluido los planos de disposición de la casa de máquinas.- Geotecnia / Ingeniería de Roca: estudios iniciales geotécnicos y / o geológicos.- Ingeniería Eléctrica: estudios iniciales de la red, evaluación de los requerimientos legales y los niveles de voltaje.

PROYECCIÓN / DISEÑO CONCEPTUAL Y SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES

Valorar los costos básicos y los parámetros de beneficio, y evaluar en qué medida el proyecto es rentable, es llamado el proceso de selección. A través del Proceso de Selección de cada alternativa, las principales componentes se incluyen en la lista como base para las estimaciones de costo aproximado. Esto servirá como base para alcanzar la configuración del proyecto más viable. Centrándonos en la mejor configuración del proyecto, se tiene como resultado de diseño; un concepto definido, un plano de disposición principal y un informe actualizado de costo-beneficio.

COMPONENTES DE UN PROYECTOHIDROELÉCTRICO

GENERAL1. Ubicación de la bocatoma, aducción (en flujo libre y/o en presión) y casa de máquinas.2. Tipo de turbina y número de unidades.3. Potencia.4. Tipo de penstock y diámetro.5. Arreglo de la casa de máquinas.

Todos importantes para asegurar los ingresos futuros del Cliente

BOCATOMAEs la primera obra que se requiere para el aprovechamiento de las aguas. Corresponde a una estructura hidráulica que realiza la captación del flujo a través de obras de toma directamente en el cause. A esto se le agregan otras componentes que facilitan la toma tal como una presa o embalse y la sedimentación de la parte sólida del flujo.

CONDUCCIÓN DE AGUASDesde la bocatoma el agua es transportada a la casa de máquinas a través de un canal, una tubería enterrada o sobre apoyos, a través de un túnel, o una combinación de las anteriores.

Obras de admisión, elementos hidromecánicos, tube-rías, túneles y la estructura de apoyo, necesitan de un diseño cuidadoso para asegurar que la conducción en presión de las aguas puedan soportar todos las solicita-ciones en los casos más críticos de presión y variación de flujo, por ejemplo, obstrucciones, condición de vacío, golpes de ariete, y otros impactos.

CONDUCCIÓN (PENSTOCK)

Norconsult Andina y la matriz Norconsult AS tienen experiencia en distintos materiales y configuraciones para la conducción en presión.

PE: Bajas presiones (<100m), enterrado.

GRP o PRFV (tuberías de Fibra de Vidrio): Moderadas presiones (<250-320m), enterrada o sobre apoyos de hormigón.

Hierro Dúctil: De moderadas a altas presiones (<300 - 400m). Enterrada o sobre apoyos de hormigón.

Acero: Altas presiones (>300-400m). Raramente usada debido a los altos precios (precio del acero, costos de la instalación y protección contra corrosión). Usualmente se instala sobre apoyos de hormigón, pero también puede usarse enterrada.Hormigón: Muy bajas presiones (<30m). Hormigón pretensado. Usualmente enterrado. Este tipo de tuberías es poco común.

En Noruega, una parte importante de las PCH tienen un túnel como la conducción principal. La sección típica es 12-16 m2, dando una muy baja velocidad para PCH. También es común el uso de las tuberías forzadas enterradas, ya que de esta forma se comportan mejor respecto a los cambios de temperatura (por debajo de los -10°C en invierno)

ARQUITECTURA

En arquitectura, es fundamental responder al entorno en el que se emplaza y las necesidades que este presenta. De esta manera se hace imprescindible respetar la geografía del lugar, los usos y construir utilizando los materiales propios del lugar, que son parte de su identidad.

Norconsult propone que los proyectos de pequeñas centrales se puedan emplazar fundiéndose en su paisaje. Por otra parte, desarrolla proyectos sustentables que además de plantear una arquitectura contextualizada, esta se construya de manera sustentable con materiales que signifiquen un menor costo tanto económico como energético.

Estos principios se ven reflejados al proyectar las pequeñas centrales, que por su pequeña envergadura, son poco agresivas con su contexto y se asientan en el lugar respetando su geografía, sin alterar mayormente el paisaje.

En los proyectos ejecutados, esta arquitectura ha generado buenos resultados, pasando a ser atractivos turísticos, aprobados y queridos por la comunidad.

CASA DE MÁQUINAS

Está compuesta de las siguientes unidades:

- Turbina, con válvula de entrada, el controlador y la unidad de presión hidráulica.- Generador.- Transformador.- Control y equipos de protección.- Equipos de bajo, medio y alto voltaje.- Sistemas auxiliares.

Nuestros diseños en Noruega han permitido poder operar las centrales incluso a traves de SMS, con el consiguiente ahorro de costos de operación

Alto Talua, Colombia, Norconsult Promer of ther-

ELECTROMECÁNICA

El desarrollo de la electromecánica de una central abarca los siguientes componentes (“water-to-wire”):

• Turbina• Generador• Celdasdeinterconexión(Switchgear)• Transformadordepoder• Patiodeconexión• Equiposdemedición,control,protecciónycomunicaciones• Sistemasauxiliares/serviciosesenciales

Si el proyecto lo permite, se puede prescindir del transformador de poder y del patio de conexión.La selección de todos estos equipos debe obedecer a un objetivo común, el cual se puede enmarcar en los siguientes lineamientos:

• Adecuadainteracciónentretodoslosequipos• Cumplimientoderequerimientostécnicos,normativosyregulatorios• Mínimocostodeinversión

Norconsult Andina cuenta con profesionales experimentados en proyectos íntegros de diseño electromecánico de centrales, pudiendo resolver problemas tales como:

• Desarrollodeestudioshidráulicos,mecánicosyeléctricoscomobaseparaeldiseño• Especificaciónconjuntadegrupoturbo-generador• Definicióndeswitchgearóptimo• Adecuacióndelsistemaderefrigeraciónparatransformadordepoder• Configuracióntopológicadepatiodeconexión• Diseñodesistemadecontroldelacentral

La electromecánica de una central es la etapa de interacción entre la hidrología de la fuente, por una parte, y el sistema eléctrico, por otra. Por ende, debe ser diseñada de manera de asegurar una transición eficiente, segura, confiable y a costo óptimo de inversión. La experiencia de nuestro equipo multidisciplinario de consultores permite asegurar que ningún aspecto quede fuera del diseño final.

Alto Talua, Colombia, 2x12 MW, Norconsult

TRANSMISIÓN

El diseño de la línea de transmisión para evacuación de la energía de una central (o “línea de evacuación”) implica una serie de factores a considerar, siendo los principales los siguientes:

• Potencianominalaevacuar• Definicióndepuntodeconexiónadecuado• Definicióndetrazadofactible

El trazado factible dependerá de los terrenos de emplazamiento disponibles, que depende tanto de variables geográficas como de aspectos sociales, principalmente emplazamiento cercano o a través de terrenos de desarrollo de otras actividades.

Una vez definido el trazado factible, se diseñará la línea en un nivel de tensión adecuado para la distancia a recorrer y la potencia a transmitir, lo que incide en el ancho de la franja de terrenos para el emplazamiento de la línea. A continuación, se deberá definir el conductor que optimice la relación inversión-pérdidas, lo que se relaciona también con los soportes de los conductores (postes o estructuras metálicas reticuladas).La adaptación de la línea a los puntos extremos (central y línea/subestación) se puede efectuar mediante transfor-madores de poder. En lo posible, se deberá procurar que la línea opere a la misma tensión eléctrica que el punto de conexión.

El proyecto de línea de evacuación deberá considerar, también, la interacción con el sistema en el punto de conexión, lo que implica cumplir con los requerimientos técnicos normativos y regulatorios de la autoridad. Esta interacción implica, también, considerar los costos operativos asociados al pago por uso del sistema de transmisión aledaño, ya sea de transmisión trocal, sub-transmisión, o transmisión adicional.

El equipo de profesionales de Norconsult Andina cuenta con la capacidad y experiencia necesaria para efectuar el diseño íntegro del proyecto de línea de evacuación, considerando todos los aspectos involucrados para buscar la solución que optimice la inversión inicial, los costos de operación & mantenimiento y las pérdidas eléctricas, de manera que el proyecto maximice los ingresos por concepto de venta de energía y potencia a lo largo del horizonte de evaluación.