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  • Micro Centrales Hidroelctricas

    Ing. Daniel Muguerza

  • Daniel Muguerza Microcentrales Hidroelctricas Pgina 2 de 81

    ndice

    Captulo 1: Introduccin 4

    Captulo 2: Evaluacin de los Requerimientos Energticos 2.1. Introduccin. 7 2.2. Destinos (usos) y Destinatarios (Sectores y Usuarios) 8 2.3. Un estudio de caso 8 2.3.1. En relacin con los requerimientos de electricidad 9 2.3.2. En relacin con la capacidad de pago 11 2.4. Generalizando el Anlisis sobre requerimientos y capacidad

    de pago 13 2.5. La demanda de capacidad en la MCH 14

    Captulo 3: Evaluacin del Recurso Hdrico 3.1. Las herramientas del Planificador 16 3.2. Anlisis Regional. Indicadores de Calidad de Cuenca 16 3.3. Potencial Hidroelctrico Terico Bruto (P.H.T.B.). 17 3.4. Densidad del P.H.T.B. 19 3.5. Potencial Hidroelctrico Tcnico Aprovechable (P.H.T.A.) 19 3.6. Potencial Hidroelctrico Tcnico Aprovechable a escala de

    microgeneracin (P.H.T.A.m.) 20 3.7. Mtodos Para Evaluar el Potencial de un Emplazamiento 21 3.7.1. Seleccin de las Cuencas de Inters 21 3.7.2. Preseleccin de Emplazamientos en Gabinete 21 3.7.3. Verificacin y ajuste con estudios de campo. 22 3.8. Ajuste de la Oferta - Demanda. Caudal y Altura de Diseo. 25

    Captulo 4: Tecnologa de conversin mediante MCH 4.1. Compromiso costo / calidad / sustentabilidad 27 4.2. Descripcin de los componentes tecnolgicos de una MCH 28 4.3. Caractersticas particulares de la tecnologa de MCH 29 4.4. Obras de captacin 29 4.4.1 Consideraciones generales 29 4.4.2. Toma de Agua sin Obra de Cierre 31 4.4.3. Tomas de Agua con Obra de Cierre 31 4.5. Obras de Conduccin 34 4.5.1. Canales 35 4.5.2. Cmara de carga 36 4.5.3. Tuberas de presin 37 4.6. La Microcentral 39 4.6.1. Conversin Hidromecnica 40 4.6.2. Acoplamiento y Multiplicacin de la Velocidad 53 4.6.3. Generacin de Electricidad 54 4.6.4. La regulacin de Tensin y Frecuencia 59 4.7. Obras de Distribucin Elctrica 64

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    Captulo 5: Evaluacin Econmica de las MCH 5.1. Criterio para la Evaluacin de Proyectos con MCHs 66 5.2. Los Costos de Capacidad (Potencia) y de Energa 67 5.3. RETAIN Un caso de Evaluacin Econmica 68 5.4. Costo de Inversin de las MCHs (Misiones Argentina) 71

    Captulo 6: Consideraciones Generales sobre Difusin de MCH 6.1. Aspectos Institucionales. 73 6.2. Aspectos Ambientales. 78 6.2.1. Efectos Ambientales que deben controlarse en el diseo y

    construccin de las MCH. 78 6.2.2. Efectos Ambientales que deben controlarse en la Operacin y

    Mantenimiento de las MCH. 80

    Bibliografa 81

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    Captulo 1: Introduccin

    El aprovechamiento del recurso hdrico para la generacin de energa comenz en tiempos antiguos con el uso de ruedas hidrulicas muy rudimentarias pero que permitan la produccin de fuerza motriz para aliviar el trabajo manual del hombre.

    Ruedas hidrulicas mas evolucionadas acompaaron el nacimiento de la era industrial, aun antes de la llegada del motor a vapor. La revolucin industrial con su fuerte demanda energtica moviliz el desarrollo tecnolgico de los procesos de conversin de energa y la rueda hidrulica fue superada por la turbina a partir del inicio del siglo XIX.

    Fuerza motriz primero y energa elctrica despus fueron los productos energticos, con que el recurso hdrico contribuy, y lo contina haciendo en la actualidad, con el progreso econmico y la mejora de la calidad de vida de la poblacin.

    El proceso de conversin del recurso hdrico ms difundido en la actualidad es la produccin de energa elctrica.

    El desarrollo de la tecnologa ha permitido alcanzar altsimos niveles de eficiencia en la conversin de la energa hidrulica en energa elctrica as como la instalacin de grandes mdulos de produccin elctrica. Basta como ejemplo mencionar el caso de la central hidroelctrica Itaip cuya potencia instalada de 12.600 MW es mayor que la demanda mxima del Sistema Argentino de Interconexin en 1999.

    Ahora bien, los sistemas elctricos han evolucionado permanentemente hacia niveles crecientes de interconexin, primero regionales, luego nacionales y ahora internacionales.

    Los mdulos de potencia de los productores elctricos que se vinculan a estos sistemas interconectados son crecientes y las centrales trmicas han incrementado fuertemente su participacin en el parque de la generacin, desplazando a las centrales hidrulicas de la oferta elctrica (excepcin hecha de aquellos pases como Brasil, que tienen un muy alto potencial hdrico y muy escasos recursos de origen fsil).

    Con excepcin de Europa Occidental y EE.UU. con sus recursos hdricos aprovechables fuertemente explotados, el resto del mundo mantiene aun grandes reservas hidrulicas aprovechables.

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    No obstante, si la oferta hidrulica debe integrarse en sistemas elctricos que operan grandes mdulos de potencia, debemos preguntarnos que papel cabe a la generacin hidrulica de pequea escala?.

    Para responder a esta pregunta debemos considerar la relacin entre el desarrollo de los sistemas elctricos y la distribucin de la poblacin.

    Los sistemas elctricos interconectados han resuelto el abastecimiento de los centro urbanos y han penetrado parcialmente en las rea rurales. Quedan an grandes reas geogrficas sin servicio elctrico y la poblacin rural que las habita se encuentra mayoritariamente en situacin precaria, con niveles de actividad econmica de subsistencia y altos ndices de necesidades sociales bsicas insatisfechas.

    Es decir que existe una relacin directa entre los condiciones socioeconmicas de esta poblacin y la ausencia de una demanda que se exprese en trminos de mercado para promover su abastecimiento.

    Amrica Latina, Asia y Africa concentran esta poblacin sin servicio elctrico. De los 6.000 millones de habitantes que poblaban el planeta al finalizar el siglo XX, haba 2.000 millones, que no contaban con servicio elctrico. Hoy en da las proporciones son semejantes, con una leve tendencia a agravarse.

    Si sta es la cruda realidad de fin de siglo, es mas grave an la perspectiva futura. Para el ao 2020 cuando la poblacin mundial se acerque a los 9.000 millones, si los gobiernos no toman acciones para corregir lo que el mercado no resolver, se estima que la poblacin sin servicio elctrico crecer a 4.000 millones.

    Estas reas rurales con pobladores alejados de las redes de distribucin, con requerimientos energticos insatisfechos, constituyen el mbito principal donde

    Potencial Hdrico Mundial

    45000

    163000

    250000

    356000

    358000

    430000

    610000

    2212000

    0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000

    Oceana

    Europa

    URSS

    Amrica del Norte

    Africa

    Amrica del Sur

    Asia

    Potencial Total AprovechableR

    egio

    nes

    MW

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    la pequea hidrogeneracin elctrica encuentra su aplicacin potencial, en tanto se cuente con recursos hdricos locales suficientes.

    Si bien ste es el mbito principal donde las MCHs tienen un rol asegurado, no es el nico y excluyente. Factores tcnicos y ambientales le asignan a esta tecnologa otros campos de aplicacin complementarios, a los que nos referiremos en la ltima parte de este texto.

    Focalizado de esta manera el principal mbito de aplicacin de esta tecnologa, el desarrollo del tema estar estrechamente vinculado con el mismo.

    En el segundo captulo discutiremos la forma en que se determinan los requerimientos energticos de la poblacin rural y la capacidad y disposicin al pago asociados a dichos requerimientos.

    En el tercer captulo trataremos de como evaluar el potencial hidrulico de una regin y los indicadores de calidad hdrica que nos permitirn seleccionar zonas de inters para satisfacer el abastecimiento con esta fuente energtica. En el mismo captulo analizamos como evaluar el potencial hidrulico aprovechable en un emplazamiento determinado.

    En el cuarto captulo haremos una descripcin de los componentes tecnolgicos de una Micro Central Hidroelctrica, con particular nfasis en aquellos en que la tecnologa es menos conocida.

    En el quinto captulo abordaremos el anlisis econmico, tipificando costos de inversin y de operacin y mantenimiento, analizando el precio de la energa resultante y su sensibilidad frente a la variacin de los factores que lo afectan. Se prestara especial atencin a la evaluacin social de proyectos y a criterios de eficiencia econmica por tratarse de un marco de decisiones de inversiones publicas.

    En el sexto y ultimo captulo describiremos los impactos ambientales de la tecnologa y las medidas de mitigacin asociadas y algunas consideraciones de orden legal e institucional vinculadas a la difusin de la misma.

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    Captulo 2: Evaluacin de los Requerimientos Energticos

    2.1. Introduccin.

    El tratamiento de los aspectos sociales y econmicos de la difusin de nuevas fuentes y de tecnologas energticas alternativas como las MCH debe apoyarse en un tratamiento metodolgico, que asegure la confiabilidad en los resultados de los estudios que fundamentarn las inversiones

    El mtodo debe contemplar aspectos tales como:

    Considerar la escala del requerimiento y el contexto socioeconmico donde se incorpora el esquema de abastecimiento del estudio. Esto implica considerar al planeamiento energtico como parte integral de la estrategia de desarrollo