Ponecia UNAM 23 Mayo 08.pdf

Diplomado en Eficiencia Energtica, Energas Limpias y Desarrollo Sustentable

Mdulo IVFuentes Renovables de Energa

Hidrulica y Minihidrulica

Ing. Luis Hctor Valdz BezValdez Ingenieros SA de CV [email protected]

Mxico, D. F., 23 de mayo de 2008

Contenido

Definicin, Clasificacin y usos

La Macro hidrulica en el mundo

La Macro hidrulica en Mxico

La Mini hidrulica en el mundo

La Mini hidrulica en Mxico

Ejemplos de centrales Micro y Mino hidrulicas (video)

Metodologa y programas cmputo

Ejemplo Proyecto El Sabinal

Conclusiones y recomendaciones

Definicin Clasificacin y usos

La potencia P y la energa E son:

P = 9.81 Q x H x ( Kw) E = P x t ( Kwh)

Donde:

Q = Gasto en m3/s

H = Carga hidrulica en m

= eficiencia totalt = tiempo en horas

CargaH

Puesta a presin

TurbinaTurbina

Gasto

Tubera a presin

Casa de mquinas

Relacin Carga - Potencia (Q = 5 l/s)

-0.501.001.502.002.503.003.504.004.50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Carga H (m)

P

o

t

e

n

c

i

a

P

(

K

W

)

Por ejemplo:

Una potencia de 1 KW se obtiene con un gasto Q = 5 l/s y una carga H = 25 m

y operando en forma continua durante un ao equivale a una energa de 8,760 KWh

En una hidroelctrica se transforma la energa potencial del agua en energa cintica en la turbina y en energa elctrica en el generador.

Definicin

Valdez Ingenieros SA de CV

Clasificacin por tipo

Central con embalse

Fuente : CFE

Tubera a presin

Casa de fuerza

Ro

Canal

Tanque de carga

Uso productivo dela energa

P. Derivadora BocatomaDesarenadorCentral sin embalse al hilo del agua

Clasificacin por tipo (Cont)

Fuente : ITDG

Micro < 100 Kw.

Mini 100 < Kw. < 1,000

Pequea 1 < MW < 30

Macro > 30 MW

Kw. = Kilowatt ; MW = 1,000 Kw.

Las Micro centrales se utilizan para fuerza mecnica y/o generacin elctrica.

Las dems centrales se utilizan para generacin elctrica.

De acuerdo con la legislacin vigente, este tipo de proyectos se puede lograr por medio de las figuras de auto abasto

pequea produccin

1 KW equivale a una produccin anual de 8,760 KWh esto es el consumo de unas 5 viviendas* durante un ao (20 a 25 habitantes)

100 KW = 500 viviendas (2,500 habitantes) 5,000 KW = 25,000 viviendas (125,000 habitantes)

* CONSUMO BAJO

Clasificacin por tamao y usos


Turbina Pelton Turbina Francis

Turbina Kaplan (Axial ) Turbina Tubular (Axial )

Turbina Banki Turbina Garman

Tecnologa existente


10 100 1000H en m10.1

1

10

100

BANKI

AXIAL

FRANCIS

PELTON

Garman (de Ro) 0.3 a 3 KW


La Macro hidrulica en el mundo

Panorama mundial macro hidro

Fuente : IEA 2007

Tendencia histrica macro hidro

Fuente : IEA 2007

La Macro hidrulica en Mxico

Panorama Nacional Macro hidro

24.5 %

Fuente : SENER 2005

Fuente : CFE 2006

Potencial Macro hidro nacional ( CFE 2000)

Nivel Clave No. de Potencia Generacin estudio Proyectos Instalada media anual

MW GWhIdentificacin ID 330 21,934 64,476Gran Visin GV 116 7,890 18,720

Prefactibilidad PF 34 5,307 13,040Factibilidad F 30 6,166 16,606

Construccin. C 1 930 0Operacin O 72 10,200 25,135

Total 583 52,427 137,977

Fuente : CFE 2006

Proyectos que no planea construir CFE

Son 112 proyectos < 50 MW

La Mini hidrulica en el mundo

Capacidad instalada al 2004 : 48,000 MW

Equivalente a 1.038 veces la capacidad de CFE ( jun/07)

* Datos al 2004

55%

14%

22%

6%3%

China

Resto asia yAustraliaEuropa

Canada yEEUU Centro ysudamrica

Se proyecta que Latinoamrica pase de 1,350 a 3,000 MW en 10 aos mas

Fuente WEChttp://w w w .iash.info/w orldpotential.htm

Potencial desarrollado ... 48,000 MW En construccin (2010).. 8,000 MWPor desarrollar ....... 20,000 MWTotal mundial 76,000 MW

Panorama Mini hidro mundial (2004)

La Mini hidrulica en Mxico

An no se conoce el 100 % del potencial en Mxico

CONAE ha estimado (1995) que es de 3,200 MW

Existe una capacidad de 80 MW en operacin, la mayora son plantas privadas (1 MW por planta) con ms de 60 aos en servicio

Mxico ha desarrollado solo el 2.5% de su potencial

Se estima que existen unas 30 Micro plantas construidas en: Veracruz, Chiapas y Oaxaca (fincas de caf)

Panorama Mini hidrulico nacional


Regin estudiada por CONAE 1995 VeracruzPuebla

2003 Orizaba 2004 Zongolica

Grijalva-Usumacinta, Chiapas-Tabasco

Tehuantepec y Papaloapan Oaxaca-

Veracruz

Copalita, Verde y Quetzalapa

Toscano y Aguililla

Armeria, Marbasco

San Pedro, Acaponeta,

Baluarte y Presidio

130 ros o afluentes de segundo orden

Zonas potenciales para la Mini hidrulica


26,376 Km

37%

Zona estudiadapara CONAE

Veracruz y Puebla

1995


Resultados Tcnicos

Proyectos localizados 100 Potencia media total 400 MW Potencia media viable # 364 MW Generacin media anual 3.6 TWh Proyectos viables (preliminar) 62 Generacin media anual viable (89%) 3.2 TWh Generacin media anual en los

26 mejores proyectos (58% del potencial) 2.1 TWh

Estudio de potencial Veracruz y Puebla 1995


Resultados Econmicos y Ecolgicos

$USc/KWh* B/C * Recuperacin(aos)*

o 26 Proyectos (atractivos) 2.3 2.03 4.3o 36 Proyectos (regulares) 3.0 1.28 7.0o 38 Proyectos (malos) 5.0 0.67 15.0

Parmetros para la evaluacin econmica:- Inversin promedio:1,500 Dlls/ KW para B/C >2

1,900 Dlls/ KW para 1

La forman 8 municipios : C. Mendoza, Nogales, Ro Blanco, Orizaba, Ixtaczoquitln, Crdoba, Coscomatepec y Huatusco.

Las principales industrias son: Alimentos, bebidas, textil, papelera, cemento, ingenios azucareros y beneficios de caf.

Se aprovecha menos del 30 % del agua disponible. La demanda de energa para alumbrado pblico es de 4 MW y

crece a un 4.5 % anual. Su costo es de cerca de 3 millones de dlares al ao.

Del ao 2002 al 2008 se prev una demanda total de 100 MW adicionales a los 300 MW actuales.

A partir del 2002 se portean 45 MW generados fuera de la zona para uso industrial.


CONAE USAID SNL

Proyectos Privados-Pblicos de auto abasto

Estudio Orizaba 2003Problemtica de la zona

San Lorenzo*.......................... 760 KW Virita I ................................... 1,360 Virita II................................... 2,160 Virita III.................................. 6,000 Papelera Veracruzana............. 960 Boquern* ............................. 1,600 Rincn Grande*....................... 4,160 Zoquitln................................. 2,670 Cervecera Cuauhtemoc.......... 6,000 * Fuera de servicio Total............. 25,670 KW

Las Viritas operan al 60 %

Valdez Ingenieros SA de CV CONAE USAID SNL

Centrales existentes


Caso exitoso Central Jalapilla , Orizaba

Se rehabilit con una inversin de 1 milln de USD Se sustituy la turbina (1929) y el sistema de control Se re embobin el generador y nueva subestacin Se automatiz para tele control

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Sep Oct Nov DicAgo

No. Centrales Cap. instalada GMA Inversin Costo unit. KW GWh Mill. USD USD/KW

Rehabilitacin 9 25,670 94.50 9.63 673

Nuevos sitios 6 36,000 144.00 53.10 1,627

Repotenciacin 3 8,100 31.25 11.70 1,475

T o t a l 70,000 270,00 75.00

CONAE USAID SNL

Resumen Orizaba


Estudios de pre inversin 2004 - 07

Se han localizado un total de 30 sitios viables (75 iniciales) La potencia econmica a instalar es de 520 MW Se localizan entre los estados de Veracruz, Oaxaca y Chiapas

PRECIO UNITARIO INDICATIVO DE PROYECTOS MINIHIDRAULICOS VINSA 2007

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

4,500

0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000POTENCIA EN KW

U

S

D

/

K

W


Se estima que para el ao 2013 se hayan desarrollado en Mxico un poco mas de 3,000 MW con siguientes fuentes renovables de energa:

Fuente Potencia Gen. Anual % f.u MWe Gwh Gen %

Geotrmia 428 3,185 25.0 85E. Elica 980 3,000 23.5 35Biomasa 430 3,000 23.5 80Minihidro 980 3,000 23.5 35Solar 320 562 4.5 20

100.0

*SENER Prospectiva sobre utilizacin de las Energs renovables una visin al ao 2030 Nov 2005

Estimacin de desarrollo por SENER

De a cuerdo a la estimacin de SENER, a partir del 2006 se deberan localizar, disear construir y poner en servicio unos 140 MW / ao de pequeas centrales hidroelctricas en nuestro pas.

Dependiendo de la clasificacin de estas seran :

1,400 / ao Micro < 100 kW 280 / ao Mini 100 < kW < 1,000 10 / ao Pequea 1 < MW < 30

Lo anterior requerir de:

A la brevedad posible terminar de evaluar el potencial minihidrulico nacional. Intensificar la difusin de sus resultados. Realizar la capacitacin de ingenieros y tcnicos para llevar a cabo los estudios y proyectos ejecutivos requeridos. Alertar a los diversos industriales del ramo metal mecnico respecto al mercado potencial para la fabricacin y/o la integracin de

componentes provenientes del extranjero.

Tareas por ejecutar

Ejemplo de centrales Micro y Mini hidrulicas

Obras civieles de bajo costo

Fuente ITDG UK

Construccin de mini hidrulica tpica

Favorece la utilizacin de mano de obra y materiales locales

Canal de conduccinTrabajos tpicos: excavacin y

mampostera

Tubera a presinTrabajos tpicos:

excavacin, apoyos

mampostera y/o concreto

Casa de mquinas:Tabique,

techo lmina, piso cemento

MicroturbinaMitchel Banki

Microturbinaaxial

Microturbinade ro

MicroturbinaMitchel Banki

Cortesa de ITDG , UK

Ejemplos de Micro hidraulica

Molino de granos

Bombeo de aguaRegulador electrnico de carga

Cargador de bateras

Ejemplos de Micro hidraulica (cont)

Fuente ITDG UK

MHG-200LH

MHG-500LH

MHG-1000LH

Water head 1.5 m 1.5 m 1.5 m

Water flow 35 l/sec 70l/sec 130l/sec

Output Power 200W 500W 1000W

Equipos paquete : 1,000 a 7,000 USD/ KW

1.5m < H

MGH-T1 MGH-T2

Cada H 8m 9m 10m 11m 12m 14m 16m 17m

Gasto Q ( l / seg) 21 22 23 23 26 28 30 30

Potencia generador ( kW ) 0.60 0.78 0.9 1.00 1.22 1.54 1.88 2.00

Para una pequea granja o rancho

Rango tipico de caida : 1.5m a 5m

Rango tpico de gasto:

Rango tpico de potencia:

200 l /sec a 2000 l / sec

1.7 kW a 60 kW

Para una pequea comunidad oagroindustria

Fabricacin e instalacin de equipo de mini hidrulica tpica

Favorece la integracin local de componentes

La manufactura e instalacin de varias componentes puede

hacerse utilizando capacidad local: pailera, maquinados no

complicados, soldadura.

Metodologa y programas de cmputo

Metodologa CONAE 2000

En el ao 2000 se elabor una metodologa para el clculo preliminar de una central micro minh hidrulica

El documento esta disponible en la pagina de CONAE (www.conae.org.mx)

Esta dividida en dos partes1. En la primera se evalan centrales en operacin 2. En la segunda se evalan nuevos proyectos

Se puede calificar un proyecto por sus variables econmicas3 Tasa Interna de Retorno 3 Relacin Beneficio Costo3 Tiempo de recuperacin

Programa MINIHDRO CONAE (1999) Datos entrada Hidrologa Obras civiles (Q preliminar) Caminos de acceso,derecho de va, etc

Clculos Iteraciones para encontrar Q econmico Dimensiones finales de obras Presupuesto Evaluacin econmica

Programa Retscreen Canad (1999 y 2004) Datos de entrada Frecuencia de gasto Carga y gasto No. y Tipo de Turbina Volmenes de obra y equipos ( Presupuesto)

Clculos Evaluacin econmica financiara

Programas de computo

Estudios hidrolgicos

Ejemplo : Proyecto El Sabinal

Programa CONAE

Programa Retscreen

KPL Hydro (consultores Noruega)

Conclusiones y recomendaciones

Aun no se conoce el 100 % del potencial Minihidrulico en Mxico. La estimacin de CONAE lo ubica en 3,200 MW.

Mxico ha desarrollado solo el 2.5% de su potencial

En el 40% del estado de Veracruz el potencial minihidrulico viable es 475 MW.

Existen al menos 6 regiones similares en el sur del pas que requieren ser evaluadas.

Los proyectos hidroelctricos en pequea escala son amigables con el medio ambiente y los impactos ambientales son mnimos.

Su implementacin contribuir al manejo sostenible de las cuencas.

Promueve el uso mltiple del agua.

Promueve el ecoturismo y mejora el microclima.

Conclusiones

Bajo la figura de autoabasto es posible el desarrollo de minicentrales para dar servicio a la industria y/o a los municipios.

Los ahorros potenciales van del 10 al 40 % con respecto a las tarifas de CFE.

Bajo la figura de pequea produccin es posible el desarrollo de microcentrales para comunidades rurales.

Se podra fortalecer el concepto de generacin distribuida y porteo elctrico entre particulares y la CFE.

Es importante crear un Plan Maestro a nivel nacional para continuar con la evaluacin del potencial en otros estados y coordinar los esfuerzos entre los diversos actores participantes.

Conclusiones

Continuar con la evaluacin del potencial Mini hidrulico nacional Incrementar el nmero de talleres de minihidrulica en el pas Coordinar los esfuerzos de CONAE, CONADEPI, SENER, CNA,SSA,SEP, etc para crear un Plan Maestro (largo alcance) que permita evaluar el potencial Micro Hidro en las comunidades rurales aisladas.

Unir esfuerzos USAID / ITDG u organizaciones similares para laasistencia en el proceso de transferencia de tecnologa.

Buscar crditos blandos del BID o similares para el desarrollo de proyectos demostrativos (piloto)

Recomendaciones

Muchas Gracias

[email protected]

Ing. Luis Hector Valdez Bez

Mdulo IVFuentes Renovables de EnergaHidrulica y Minihidrulica ContenidoDefinicin Clasificacin y usos Slide Number 4Clasificacin por tipo Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9La Macro hidrulica en el mundo Panorama mundial macro hidroTendencia histrica macro hidroLa Macro hidrulica en Mxico Panorama Nacional Macro hidroSlide Number 15Potencial Macro hidro nacional ( CFE 2000) Proyectos que no planea construir CFELa Mini hidrulica en el mundo Slide Number 19La Mini hidrulica en Mxico Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Estudio Orizaba 2003Problemtica de la zona Slide Number 27Caso exitoso Central Jalapilla , OrizabaResumen Orizaba Estudios de pre inversin 2004 - 07Slide Number 31Slide Number 32Ejemplo de centrales Micro y Mini hidrulicas Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Metodologa y programas de cmputo Metodologa CONAE 2000Slide Number 44Slide Number 45Ejemplo : Proyecto El Sabinal Conclusiones y recomendaciones Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50Slide Number 51

Ponecia UNAM 23 Mayo 08.pdf

Documents

Transcript of Ponecia UNAM 23 Mayo 08.pdf