Mayores Eficiencias y Menores Costos: ¿Estrategia Eléctrica … · 2017-03-17 · Otra vez:...
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Mayores Eficiencias y Menores Costos: ¿Estrategia Eléctrica Canadiense Aplicable al Sector Minero en Chile? Mayores Eficiencias y Menores Costos: ¿Estrategia Eléctrica Canadiense Aplicable al Sector Minero en Chile? Seminario Cigré, Comité Chileno 22 de junio de 2011 Seminario Cigré, Comité Chileno 22 de junio de 2011 Dr. Frank Dougherty Director, Latinoamérica SSS Clutch Company, Inc. New Castle, Delaware USA Dr. Frank Dougherty Director, Latinoamérica SSS Clutch Company, Inc. New Castle, Delaware USA
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Mayores Eficiencias y Menores Costos:
¿Estrategia Eléctrica Canadiense Aplicable
al Sector Minero en Chile?
Mayores Eficiencias y Menores Costos:
¿Estrategia Eléctrica Canadiense Aplicable
al Sector Minero en Chile?
Seminario Cigré, Comité Chileno
22 de junio de 2011
Seminario Cigré, Comité Chileno
22 de junio de 2011
Dr. Frank Dougherty
Director, Latinoamérica
SSS Clutch Company, Inc.
New Castle, Delaware USA
Dr. Frank Dougherty
Director, Latinoamérica
SSS Clutch Company, Inc.
New Castle, Delaware USA
Punto de Partida: un Repaso Rápido a lo que es la Potencia ReactivaPunto de Partida: un Repaso Rápido a lo que es la Potencia Reactiva
Medido en volt ampere reactive, el VAR
es la contraparte del vátio. En grado
mayor, es el MVAR con el MW. El
sistema de transmisión eléctrica
requiere de los dos, y que estén en
equilibrio. La mejor descripción no
técnica de la potencia reactiva que
he visto yo, se dio en un artículo
publicado hace unos años,
que es ésta. Imagínense
una silla suspendida
en el aire. El MW la
empuja adelante,
y el MVAR la sostiene
de abajo y la mantiene
suspendida. Una sin
la otra no anda.
La insuficiencia de la potencia
reactiva es común, sobre todo en
zonas de gran carga industrial y
al final de largas líneas de
transmisión. Las consecuencias
pueden ser desastrosas. Están
los apagones del noreste de los
Estados Unidos en agosto de
2003 y del noreste brasileiro en
febrero de 2011, sin hablar de las
caídas casi diarias en centros
urbanos como la Cd. de México.
Wall Street Journal
Saturday, Feb. 26, 2011
Wall Street Journal
Saturday, Feb. 26, 2011
Bajo Factor de PotenciaBajo Factor de Potencia
Efectos• capacidad reducida de generadores, cables, transformadores, y líneas de transmisión
• bajo voltaje
Métodos para Compensar la Deficiencia de mVAR
Descripción de
Producto
Tiempo de
Entrega$/kVAR Ventajas
Compensador
Sincrónico
1–12
meses1–5
Corrección constante, equilibrio preciso por emisión y
absorción de kVAR en pequeños incrementos; flexible,
dinámico, hace uso de equipo ya existente
Bancos de Capacitores8–12
meses5
Poca pérdida, sirven para operación remota, no muy
caros
Stat Com24
meses50
Poca pérdida, controlable, bajo mantenimiento, respuesta
rápida, sirve para operación remota
Static VAR Compensator24
meses50
Poca pérdida, controlable, bajo mantenimiento, respuesta
rápida, sirve para operación remota
Bancos de Reactores8–12
meses10
Poca pérdida, sirven para operación remota, no muy
caros
Fuente: Siemens Westinghouse
En donde incide mi empresa es
en el compensador sincrónico.
La tecnología remonta a la
primera parte del siglo veinte,
pero se ha ido mejorando en las
últimas décadas. Básicamente
la idea es aprovechar un
generador eléctrico, y hacer que
trabaje motorizado por la misma
red, proporcionando inercia
dinámica, y regulando voltaje
automáticamente y en
incrementos pequeños,
poniendo MVAR a la red o
absorbiéndolos de acuerdo con
los requerimientos del sistema.
El compensador sincrónico
sirve para regular voltaje y así
traer estabilidad y confiabilidad
al sistema. Su actuación
permite que las líneas de
transmisión sufran menos
pérdidas, alcanzando así su
máxima capacidad de
transporte, sin superar el límite
térmico.
Diagrama de Capabilidad Reactiva Representativa de GeneradorDiagrama de Capabilidad Reactiva Representativa de Generador
Factor de Potencia Adelantado
0.8 0.85 0.9
Límite de Capacidad Bajo
control de R.A.V.
Límite Teórico de Estabilidad
Límite de Estabilidad Bajo
Control a Mano, con Margen de
Potencia de un 10%
Factor de Potencia Atrasado
0.8 0.85 0.8
Límite Rotor
Subexcitado MVAR Sobreexcitado
Límite Estator
MW
40
30
20
10
20 10 0 10 20 30
¿Qué arreglo mecánico debe tener el
turbogenerador para que trabaje en
calidad de compensador sincrónico?
Un enfoque es la colocación de un paquete
de aceleración, o sea todo lo que requiere
el motor de lanzamiento, por el extremo del
excitador de un generador “huérfano,” o
sea uno que se ha quedado sin su turbina
original, pero que sigue en condición
operable.
Generador Hecho Condensador: el caso de Key WestGenerador Hecho Condensador: el caso de Key West
Una vista del sistema de aceleración
puesto en el lugar de la turbina de vapor y
a un extremo del generador de 44 MVA
enfriado por hidrógeno, con el objetivo de
permitir que el generador trabaje en
calidad de compensador sincrónico. La
unidad se encuentra en la Central
Generadora Ralph García en la Isla de
Stock (al lado de Key West). La General
Electric Co., Inc., la instaló en enero de
1998. Puede surtir hasta 34 mVAR y/o
absorber hasta 22 mVAR. El resultado
final del funcionamiento del condensador
sincrónico ha sido el aumento en 34 MW
adicionales que pueden viajar de Miami
hasta Key West a través de la línea de
transmisión de 138 kV.
En Key West, Florida, la agregación de un compensador sincrónico de rango +34.1/–22.5
MVAR tuvo el efecto de aumentar la capacidad de la única línea de transmisión. El
incremento fue de 34 MW adicionales importados a la isla desde la fuente al sur de Miami.
Demanda que excedía la capacidad
de la línea de transmisión antes de la
introducción del compensador sincrónico,
fue atendida por generación local en la isla.
Otro enfoque es la colocación de una copla sincrónica entre Otro enfoque es la colocación de una copla sincrónica entre
el generador y su correspondiente turbina de gas o de vapor. el generador y su correspondiente turbina de gas o de vapor.
Salen los turbogeneradores de la fábrica equipados de Salen los turbogeneradores de la fábrica equipados de
esa manera, o se modifican posteriormente.esa manera, o se modifican posteriormente.
“Por su nivel de precios, que
se ha elevado en los últimos
años, a raíz del alza en los
combustibles, la electricidad
saltó del quinto al primer
lugar en las estructura de
costos de la minería.”
“De acuerdo con cálculos de
la industria, este insumo
puede llegar a representar
en promedio el 25% del
costo total de esta actividad
extractiva.”
El Mercurio, 5 de mayo de 2011
Electricidad Interamericana, 6 de
mayo de 2011
Vamos a decir que ese nivel de costos
no es aceptable, y que representa una
amenaza a una de las industrias
principales de Chile.
El Gobierno de la Provincia de
Saskatchewan en Canadá, encarando
un boom económico basado en
yacimientos de petroleo, gas natural,
potasa y otros, se ha planteado las
siguientes preguntas: ¿cómo mejor
atender los grandes requerimientos de
energía que tienen por naturaleza las
industrias de extracción en la Provincia?
Las actividades se realizan en áreas
remotas de la Provincia. ¿Cómo
alcanzarlas y hacer que esos negocios
tengan acceso a electricidad confiable a
un nivel de costo aceptable?
Abajo un mapa del Canadá, 2° país en el
mundo en tamaño geográfico. Y en la próxima
imagen se ve la Provincia de Saskatchewan,
con 651,036 km² de superficie y una población
de un millón de personas aprox.
¿Cuál es el tema? El tema es que todo Canadá, y especialmente las Provincias del
Occidente, sigue viviendo una explosión económica. En el oeste canadienese,
particularmente las Provincias de Alberta y Saskatchewan, se trata de yacimientos
enormes de petroleo y gas natural, a más de minerales de todo tipo. Saskatchewan es
el productor no. 1 en el mundo de potasa, y a parte hay extracciones importantes de
nitrógeno, fosfatos, bentonita, sulfato de potasio, sulfato de sodio, carbón, uranio, oro y
diamantes. Hay muchísimas empresas con inversiones en la Provincia dedicadas a la
explotación responsable de recursos naturales. Entre ellas están BHP Billiton, Barrick
Gold, Sherritt Coal, Shore Gold y Potash Corporation of Saskatchewan. Muchas de ellas
tienen inversiones en Chile.
Entonces, ¿cómo manejar esta situación del
punto de vista eléctrico? En un artículo
publicado en abril de 2011 en la revista
Power Engineering, se expone el enfoque de
SaskPower, que es el nombre de la empresa
eléctrica del Gobierno de la Provincia de
Saskatchewan.
Para fines de 2009, SaskPower era dueña
de y operaba 3172 MW de capacidad de
generación, compraba 469 MW y distribuía
electricidad a través de 156,000 km de
líneas de transmisión. 45% del total era de
origen carbón, 23% hidroeléctrico, 13% de
gas natural y 5% eólico.
Con la finalidad de poder atender la
demanda creciente, SaskPower ya arrancó
su plan de agregar o reemplazar 4100 MW
de capacidad de generación a lo largo de los
próximos 20 años.
Hay algunos puntos importantes:
1. El portafolio de generación previsto es
diverso. Abarca carbón limpio y tal vez
una usina nuclear.
2. Está la meta de minimizar la construcción
de nuevas líneas de transmisión, al grado
que sea posible.
3. Está el objetivo de hacer que llegue la
energía necesaria a las petroleras y
mineras de manera confiable y a un costo
razonable.
La estrategia de SaskPower para atender
los puntos de carga remotos, o sea minas
y extracciones de petroleo y gas natural,
es de poner turbogeneradores de gas
LM6000 (50 MW) cerca de ellos,
específicamente para que las máquinas
puedan producir MW en horas de
demanda pico y cuando no, que sean
capaces de hacer traer energía menos
costosa de fuentes de carga base
(carbón, hidro y ciclos combinados) a
través de las mismas líneas de
transmisión, debido a la reducción de
pérdidas y por ende aumento de
capacidad, por estar trabajando la
LM6000 como compensador sincrónico.
Y esa dualidad de funcionamiento debida
a la copla que hay entre la turbina de gas
y el generador eléctrico.
Otra vez: Durante las horas de baja
demanda, con los generadores operando
como compensadores sincrónicos,
proporcionando los reactivos necesarios
para limitar pérdidas y aumentar la
capacidad de la línea de transmisión, los
clientes traen energía de plantas de carga
base. Después, en horario de demanda pico,
las mismas máquinas generan potencia
localmente.
En los últimos dos años se han instalado en
Saskatchewan siete turbinas de gas marca
GE LM6000 con copla para exactamente
este servicio. Hay planes para poner más
máquinas iguales. Adjuntas imágenes de dos
de las centrales en vías de construcción. La
primera está en un lugar llamado Ermine, y
la otra en Spy Hill.
Imagen de turbogenerador marca
LM6000 con copla sincrónica entre
turbina de gas y generador eléctrico.
Imagen de copla
sincrónica dentro
de carcasa,
que es instalada
entre la turbina y
el generador.
En resumen, ¿cuáles son los beneficios
de la estrategia de SaskPower de poner
turbogeneradores con copla cerca de los
puntos de carga remotos?
3. Durante las horas de baja demanda, y
estando el generador en operación de
compensador sincrónico con la
turbina desacoplada y apagada:
a) No hay consumo de ningún
combustible
b) No hay emisiones.
c) No hay necesidad de darles horas
innecesarias a las turbinas (no hay
que hacer que operen nada más
para reactivos).
O sea, energía eficientemente traída,
disponible y menos cara, y ecológicamente
aceptable.
Funciona en el Oeste del Canadá.
¿Tendrá aplicación en el Norte de Chile?
2. Se permite la importación y consumo
de energía menos cara de fuente carga
base, sea ésta hidro o carbón o ciclo
combinado, en horario de baja
demanda, pero está también la opción
de generar para atender picos en la
demanda cuando los hay.
1. Hay mayor confiabilidad en el
suministro de energía por el mayor
control del voltaje. La red es más
estable, y hay menor riesgo de
fluctuaciones y apagones.
BibliografíaBibliografía
“What Works: Taking Care of the Long
Term via Spinning Reserve,” by Joe Zwers,
Power Engineering, April, 2011.
“Plan de Suministro de Energía en el
Occidente Canadiense,” por Joe Zwers,
Power Engineering, Abril, 2011.
“Canadian Plant Uses LM 6000 as
Synchronous Condenser,” por Joe Zwers,
International Turbomachinery, January-
February, 2003.
“Transmission: Teaching Old Generators
New Tricks,” por Dr. Robert Peltier, Platts
Power, November–December, 2003.
“First LM6000 for Synchronous
Condensing to be Built at Poplar Hill,”
Modern Power Systems, February, 2000.
“Primera LM6000 para Condensación
Síncrona Construida en Poplar Hill,”
Modern Power Systems, Febrero, 2000.
“Synchronous Condenser: An Idea Whose
Time Has Come,” by David Gerstenkorn,
Electrical World, February, 1998.
“The Return of the Synchronous
Condenser,” by Donald L. Clark, Associate
and Senior Electrical Project Engineer and
Paula L. Scholl, Senior Mechanical Project
Engineer, Sargent & Lundy LLC, Chicago,
Illinois. Presented at the American Power
Conference, Chicago, Illinois, April 13–15,
1992.
“Clutches for Synchronous Condensing,”
by C.R. Simmons, in Diesel & GasTurbine
Progress, March, 1977.
Muchas gracias. Reciban saludos de Muchas gracias. Reciban saludos de
SSS Gears Limited, Sunbury-on-Thames, UK
SSS Clutch Company, Inc., New Castle, DE, USA
