Sistema Eléctrico Argentino 2009

1

Sistema Eléctrico Argentino

1

[email protected]

Pais Sup hab dens urb >ciudadMkm2 mill hab/km2 % mill hab

ARG 2.8 39.1 14 90 13.5 GBA

CAN 9 9 33 4 77 2 5 T t

Características Físicas del Sector EléctricoRepública Argentina

NOA NEA

700

km

CAN 9.9 33 4 77 2.5 Toronto

USA 9.8 293 32 78 16.5 NY

ESP 0.5 40 81 78 3.1 Madrid

ITA 0.3 58 198 67 2.6 Roma

BRA 8.5 184 22 82 17 SP

MEX 1.9 105 55 75 18 DFCOM

BAS

CUYCEN

GBA

LIT

2

37

1400 km

CHN 9.6 1295 135 32 12.8 Shangai

IND 3.3 1065 358 28 18 Bombai

Corea N 0.12 23 189 61 3.1 Pyongyang

Corea S 0.10 46 495 83 10 Seúl

PAT

2

Características Físicas del Sector EléctricoÁreas de Cobertura

3


4

3


5

Características Físicas del Sector EléctricoArea GBA

JURISD DENShab/km2

POBLAC hab

DIST POBLAC

%

DIST ENERG

%

CFED 13679.6 2776138 7.7 13.5

GBA 2394.4 8684437 24.0 22.8

BAS 16.9 5142766 14.2 14.1

CBA 18.6 3066801 8.5 6.4

MZA 10.6 1579651 4.4 6.4

SFE 22.6 3000701 8.3 10.1

TOT 29.9 24250494 66.8 73.2

6

4

Características Físicas del Sector EléctricoRepública Argentina

Comparación áreas territorialesArgentina = 2.791.810 km2Francia= 534.965España= 497 517España= 497.517Italia= 301.268Portugal= 91.191Dinamarca= 43.080Suiza= 41.293Holanda= 41.160Bélgica= 30.518Subtotal representado 1 589 992

7

USA

Subtotal representado 1.589.992Alemania= 357.013Polonia= 312.683Yugoslavia= 255.804Reino Unido= 244.800Albania= 28.748TOTAL= 2.789.040

Características Físicas del Sector EléctricoRepública Argentina – Topografía - Recursos

NOAGN

MINERÍA

NEA + LITHIDRO

COMAHUEHIDRO+GN

DEMANDA

8

PATAGONIAHIDROEOLICA

GN

5

Características Físicas del Sector EléctricoRepública Argentina - Líneas AT

NOANEA

El Bracho (Edimburgo)

Yacyretá (Copenhague)

CUYO

COMAHUE

CENTROLITORAL

BUENOS AIRES

GBA Mendoza (Nantes)

Salto Grande (Leipzig)

GBA (Milan)

PARIS

LONDRESBERLIN

BRUSELAS

ZURICH

AMSTERDAM

PATAGONICO

9

Comahue (Madrid)

MADRID ROMA

Características Físicas del Sector EléctricoElectrificación - Mercados

10

6

Capacidad Instalada 26.225 MW500 kV 9 101 km

Características Físicas del Sector EléctricoMercado Eléctrico Mayorista - 2008

NOANEA

500 kV 9.101 km330 kV 1.111 km220 kV 841 km132 kV 11.215 km

MEMPotencia Máx Bruta (Jun/08) 19.126 MWDemanda Energía (2008) 110.157 GWh

CUYO

COMAHUE

CENTROLITORAL

BUENOS AIRES

GBA

11

PATAGONICO

NOANEA

Características Físicas del Sector EléctricoConcentración de la Demanda - 2008

CUYO

COMAHUE

CENTROLITORAL

BUENOS AIRES

GBA

12

PATAGONICO

7

Características Físicas del Sector EléctricoUbicación de las Centrales

GüemesIndependencia

San PedroPalpalá

Barranqueras

FormosaCT Tucumán CT Ave Fénix

CT San Miguel CT Pluspetrol Norte Yacyretá

El Cadillal

Cabra Corral

Costanera.- CT Bs. As.Puerto

Dock SudDique

Villa Gesell

San Nicolás

Sorrento

Sarmiento

Luján de Cuyo

La Banda

La Rioja

Pilar

Sur OesteVilla María

Río Cuarto

Frías

Gral Levalle

Sta Catalina

M. Maranzana

Mar de Ajó

Mar del Plata

Genelba

Argener

S Francisco Salto Grande

Cruz de Piedra

Agua del Toro Los Reyunos

Nihuil I, II, III

Ullúm Quebrada de Ullúm

Calchines

Río HondoEscaba

Río TerceroLos Molinos

CN EmbalseCN Atucha

AES ParanáRío Grande

San Roque

CassaffousthFitz Simon

13

NecocheaPiedrabuena

Agua del CajónFilo Morado

Alto Valle

Pto Madryn

Comodoro Rivadavia

Pico Truncado I y II

Loma de la Lata

Mar del Plata

Alicurá Piera del Aguila

Pichi Picún Leufú El Chocón

Planicie Banderita Termo Roca

CT Patagonia

Futaleufú

Florentino Ameghino

Electropatagonia

NOA NEA

Características Físicas del Sector EléctricoPotencia Instalada MEM - dic/2008

LITORAL

BUENOS AIRES

CUYO

COMAHUE

CENTRO

GBA

14

PATAGONICO

8

Tamaño del Mercado por crecimiento

15

Características Físicas del Sector EléctricoPotencia Instalada – dic/2008

16Total MEM 26.225 MW 17.400

9

Antigüedad del parque térmico al 2008

17

Antigüedad del parque térmico al 2008

18

10

Indicadores – Mercado EléctricoDemanda Eléctrica MEM desde 1992

• 2008 +2.9%19

Demanda de Energía Eléctrica MEM

20

11

Demanda de Energía Eléctrica vs PBI

21

Indicadores – Mercado Eléctrico

Potencia MEM:1992 = 14061 MW

2008 = 26225 MW 87% 22

12


23

Principales Proyectos de Generación Concretados

HI Piedra del Águila 1400 MW 93/94HI Yacyretá 1710 MW 94/98TG Loma de la Lata 375 MW 1994CC Bs. Aires 322 MW 1995

á dCC Luján de Cuyo 285 MW 1996 CC Genelba 674 MW 97/98CC Capex 662 MW 93/99CC Tucumán 447 MW 96/99CC San Miguel 382 MW 95/02CC Costanera 851 MW 1999CC Puerto 786 MW 1999HI Pichi Picún Leufú 255 MW 1999CC Dock Sud 773 MW 2000

24

CC Dock Sud 773 MW 2000CC AES Paraná 845 MW 2001 TG Pluspetrol Norte 116 MW 2002 HI El Carrizal 17 MW 2002HI Cacheuta 122 MW 2002TG Pluspetrol Norte 116 MW 2003CT Belgrano 800 MW 2008CT Timbues 800 MW 2008

13

Indicadores – Mercado EléctricoDemanda Máxima Registrada anual MEM

Crec =10.091 MW116% 16 años 4.5%aa

25

Incremento anual de demanda de Potencia MW

año demanda crecimientoaño demanda crecimiento

2002 13481 -2003 14359 878

2004 15032 673

2005 16143 11112005 16143 1111

2006 17323 1180

2007 18345 1022

2008 19126 781

26

940 MW por año

14

Planeamiento Energético

18.000 MW en 16 años

27


28

15

Precio Mayorista en el Mercado Spotdesde Agosto 1992

Inversión del Estado : Yacyretá

Ingreso de nuevos Generadores

Intervención del Estado

Aumento del consumo de combustibles líquidos

Fuertes Inversiones en Mantenimiento

Mejoras de eficiencia y disponibilidad

Ingreso de nuevos Generadores

Ingreso de Nuevas Tecnologías

Aumento Disponibilidad de gas

29 Hidraulicidades, combustible y demanda variables


30

16

Evolución del Consumo Específico

31

Indisponibilidad Térmica

32

17

Generación 2008

33

Energía Generada Hidráulica 2008

34

18

Optimización de la Oferta Optimización de la Operación:

Optimización en un horizonte de largo plazoOptimización en un horizonte de largo plazo que define la gestión horaria en tiempo real.

La optimización económica de largo plazo consiste en determinar en el tiempo, y en función de las aleatoriedades que afectan el

35

sistema, el requerimiento necesario para satisfacer la demanda.

Esto obliga a considerar el Valor del Agua en los embalses. (Costo de Sustitución).

Precio Spot

Generación nuclear

Disponibilidad combustibles

Disponibilidad equipo

temperatura

Capacidad de almacenamient

oCapacidad de

recepción

Variables

Generación termica

Generación hidraulica

estacional

Precios combustibles

hidraulicidad

riego

Capacidad de regulacion

ubicacion

contratos

anomalias

wti

lluvias

36

demanda

Importacion/exportacion

Contratos

transporte

estacionalidad

Act. industrial

Crec. Veget.

comportamiento

nieve

Costo del dinero

EXPANSION

OTRAS

19

Reglas del MercadoOferta Térmica

TG Boca de pozo

CC última generación

TV Área de demanda

TG CA

37

p generación demanda

Con oferta escasa se magnifican los cambios de precios ante variaciones en la demanda.

u$s./M Btu

38

20

DESPACHO HORARIO

12000TG

Reglas del MercadoCubrimiento de la Demanda Empuntamiento

4000

6000

8000

10000

CC + TV

HIDRAULICA PUNTARESERVA DE POTENCIA

NUCLEAR

empuntamientotérmico base

39• el parque TV y CC debe modular para tomar la punta• en crónicas ricas este requerimiento se agudiza

0

2000

4000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HIDRAULICA BASE

NUCLEAR

Déficit de energía y de potencia

Sistemas hidrotérmicos:Déficit de energía: Insuficiencia de agua causadaDéficit de energía: Insuficiencia de agua causada por inversión inadecuada ó evento extremo.

Déficit de potencia (punta): indisponibilidades forzadas, programadas y pérdidas por reducción de altura de embalses, insuficiencia de transmisión o inversión inadecuada en capacidadtransmisión o inversión inadecuada en capacidad instalada.

40

21

La variabilidad hidráulica afecta la disponibilidad de potencia

Capacidad hidráulica Capacidad térmica

Pmáx

Pmáx

MW MW

41

Húmedo 30%

Medio 30%

Seco 30%

Húmedo 30%

Medio 30%

Seco 30%

La capacidad del sistema depende de la variabilidad hidrológica

MW

Pmáx

Demanda Máxima

42

Húmedo 30%

Medio 50%

Seco 15%

Demanda Máxima

Muy Seco 5%

Evento crítico que requiere ampliación de capacidad

22

Distribución de las Fuentes primarias de Energía

El 13,8 de Renovables se distribuye:

Comb. Renovables y deshechos= 11.0%

43

Hidráulica= 2.3%

Geotérmica= 0.442%

Solar= 0.039%

Eólica= 0.026%

Mareas= 0.004%

Fuentes primarias de producción de electricidad

44

23

Central Eléctrica

• Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctricaenergía eléctrica.

• Podemos considerar que el esquema de una central eléctrica es:

Energía de la Fuente

45

Energía Mecánica

Energía Eléctrica

Se Transforma en Se Transforma en

Fuentes de Energía• Las distintas fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables.

• Renovables: Aquellas fuentes que no desaparecen al transformar su energía en energía útilenergía en energía útil.

• No renovables. Sistema material que se agota al transformar su energía en energía útil.

FUENTES DE ENERGÍA

RENOVABLES NO RENOVABLES

Agua almacenada (energía hidraúlica) Combustibles fósiles:Agua almacenada (energía hidraúlica) El Sol (energía solar) El viento (energía eólica) La biomasa Las mareas (energía mareomotriz) Las olas

Combustibles fósiles:Carbón, Petróleo, Gas Natural. Geotérmica Uranio (energía nuclear de fisión)

46

24

Energía de los Combustibles Fósiles

• Es la energía asociada al uso del carbón, gas natural y petróleo. • La forma de energía que poseen los combustibles fósiles es energía interna, que podemos aprovechar a partir de las reacciones de combustión.reacciones de combustión.

• Se puede transformar en lo que habitualmente se denomina energía térmica (calefacción), energía eléctrica, energía cinética (a través de los motores de combustión interna), etc. Es utilizada en multitud de aplicaciones domésticas e industriales.

VENTAJAS INCONVENIENTES

• Facilidad de extracción • No renovableFacilidad de extracción • Tecnología bien desarrollada • Además de fuente de energía,

en los procesos de separación, se proporcionan materias primas para la industria química, medicina, alimentación,...

No renovable. • Transporte caro • Difícil almacenamiento • Provoca graves problemas ambientales: efecto

invernadero, lluvia ácida... • Es un desperdicio destinar a ser quemados

materiales que son materias primas para la industria química, medicina, alimentación, etc.

47

Análisis de la Oferta El parque de producción está constituido de grupos térmicos de diversas tecnologías que pueden utilizar distintos tipos de combustibles, con eventuales restricciones de aprovisionamiento.

Los principales tipos de generadores térmicos y los principales combustibles utilizados en nuestro país son:

Turbinas a Vapor = GN, FO, CMTurbinas a Gas (CC) = GN, GOMotores Diesel = GO

48

Motores Diesel GONucleares = Ur

25

Costo Relativo Combustibles Base PCI TC

u$s/MBTU Rel

GAS NATURAL = 77.5 u$s/dam3 2.1 1.0

FUEL OIL (65 u$s/bbl) = 433 u$s/t 11 5.3

GAS OIL (640 u$s/t)= 600 u$s/m3 18 8.6

CM BQ (65 u$s FOB)= 120 u$s/t6000 5 2 4

49

CM BQ (65 u$s FOB)= 120 u$s/t6000 5 2.4

Calculo del Costo de Generación de una unidad térmica

- PRECIOS PROPUESTOS DE LOS COMBUSTIBLES =FUEL OIL= 433 u$s/tGAS NATURAL = 77.5 u$s/dam3

CARBON MINERAL 90% FO i 214 $ /tCARBON MINERAL = 90% FO inv = 214 u$s/tGAS OIL= 600 u$s/m3

- COSTO DE GENERACION = CESPE * PRECIO / PCI

CGENFO = 2500 kcal/kWh * 433 u$s/t / 9800 kcal/kgCGENFO = 110 u$s/MWh

50

CGENFO 110 u$s/MWh

CGENGN = 2500 kcal/kWh * 77.5 u$s/dam3 / 8400 kcal/Nm3

CGENGN = 23 u$s/MWh

CGENGO = 2500 kcal/kWh * 600 u$s/m3/ 10100 kcal/kg / 825 kg/m3

CGENGO = 560 u$s/MWh

26

Precio Final de la Energía

Precio de Compra Usuarios

Precio de Venta

Precio de Compra Distribuidores

Usuarios

Costo Transmisión

Impuestos Nacionales

VAD

Impuestos

51

Generadores

Costo Combustible Unidad marginal

Costo O&M

Impuesto Ingresos

Turbinas a Vapor

52

27

Turbinas a vapor

• La turbina de vapor es el motor número uno en importancia en la generación de energía eléctrica tanto en centrales de combustible fósil (Carbón, Fuel Oil, etc), como en las de combustible nuclear.

• Cerca del 75% de la energía eléctrica

53

Cerca del 75% de la energía eléctrica mundial proviene de la producción de esta tecnología.

Turbinas a Vapor

ATM

TURBINA A VAPOR

CALDERA GENERADOR

TURBINA A VAPOR

VAPOR

AGUACOMBUSTIBLE

54

BOMBA

CONDENSADOR

28

55

56

29

57

58

30

Características principales

• Energía no renovable

G l d l dGeneralmente cerca de los centros de consumo

Generación a voluntad

Período de maduración de 2 años

Costo 800‐1400 u$s/kW

Combustibles: FO, C, GN, GO

59

Una TV de 300 MW

Producción de Vapor 1000 ton/h

Agua de refrigeración 50 000 m3/hAgua de refrigeración 50.000 m /h

Agua de reposición 30 a 50 m3/h

Combustible 82 Dam3/h GN

70 t/h FO

130 ton/h CM (2300 kcal/kWh)

Gases de escape 1.000.000 m3/h

60

p /

Puesta en Servicio 8 a 36 hs

31

Turbinas a Gas

61

Turbinas a Gas

Una turbina a gas es un motor rotativo de flujo continuo que se caracteriza por presentar una baja relación peso

l d d d l dpotencia y una velocidad de giro elevada.Se divide en dos partes principales:◦ Generador de Gases◦ Unidad productora de potenciaEl generador de gases se compone de un compresor, la cámara de combustión donde se mezcla el combustible con el aire y donde tiene lugar la combustión y la turbina de expansión de gases que tiene potencia necesaria paraexpansión de gases, que tiene potencia necesaria para mover el compresor yLa unidad generadora de potencia donde se obtiene la potencia útil, pudiendo ser una turbina de expansión de gases o una tobera de propulsión

62

32

Turbinas a Gas

ATMATM

GENERADOR

CAMARA DECOMBUSTION

COMBUSTIBLE

63

AIRE

TURBINA A GASCOMPRESOR


Energía no renovable


Solamente GN ó GO

Período de maduración 6 a 12 meses

C 300 $ /kW

64

Costo 300 u$s/kW

33

• Las TG orientadas a propulsión a reacción li l i i t l

Características TG

se aplican a los aviones, mientras que las TG orientadas a la generación de trabajo se aplican a buques, trenes, tanques de combate, vehículos, compresores de gas en gasoductos, pero la principal

65

aplicación es la generación eléctrica.

Turbinas a Gas

• Importante desarrollo tecnológico en las últimas

décadasdécadas.

• 1970 = 4200‐3700 kcal/kWh 15/20 MW

• Actual= 2500‐2200 kcal/kWh >250 MW

• Arranque 15 a 20 min

A N

66

• Arranque en Negro

• Escape de gases= 1,5 millones de m3N/h (200 MW

– 430/560ºC)

34

Características TG – Principio de Funcionamiento• Se comprime aire aspirado de la atmósfera en el compresor y se introduce en

la cámara de combustión, dónde se mezcla con combustible también comprimido, produciéndose la combustión.

• Los gases calientes resultantes se hacen circular a través de una o varias etapas de turbinas, expandiéndose e imprimiendo un movimiento rotatorio en el eje, desde donde se extrae la potencia necesaria para mover el mismo compresor de aire y el alternador.

CompresorEntrada de aire Cámara de Combustión

67

Gases de escape

Generador de Gas Potencia

CombustiónLas TG operan con excesos de aire muy grandes del orden del 300 a 500% con el objetivo de atemperar las altas temperaturas que se alcanzan luego de lalas altas temperaturas que se alcanzan luego de la combustión (1100 a 1300 °C), que pueden afectar las características mecánicas de los rodetes de la turbina.Combustibles empleados: Gas Natural, GLP, Gas Oíl, Fuel Oil.

68

Combustible y aire deben ser tratados para limpiarlos de impurezas, partículas sólidas y azufre (líquidos)Alimentación de combustible = 8 a 24 bar.

35

69

Aprovechamiento de los Gases de escape

INTERCAMBIADORDE CALOR

ATM

PROCESO

CAMARA DECOMBUSTION

COMBUSTIBLE

DE CALOR

70

GENERADOR

AIRE


36

Ciclo Combinado

INTERCAMBIADORDE CALOR

ATM

GENERADOR

TURBINA A VAPOR

VAPOR

AGUACOMBUSTIBLE

CAMARA DECOMBUSTION

BOMBA

CONDENSADOR

COMBUSTIBLE

71AIRE

COMBUSTION


GENERADOR

Ciclo Combinado

72

37


Energía no renovable


Solamente GN ó GO

Período de maduración 18 a 24 meses

Costo 700 u$s/kW

i i d /

73

Requerimiento de Agua = 1/3 TV

Arranque= 6 a 12 horas

Ciclo Combinado

• La energía residual que posee el gas de descarga de la TG se utiliza en

los CC para generar vapor, recuperando energía que de otra forma sería

desperdiciada lanzándola a la atmósfera, cuando la TG opera a ciclo

abierto.

• Los gases de combustión de la TG contienen un elevado contenido de

oxígeno, debido al elevado exceso de aire con que opera, en ocasiones

se utiliza para quemar un aporte adicional de combustible

74

denominándose caldera de recuperación con post‐combustión

38

Turbinas a Gas

75

TG Alstom/GE F9E116 MW

C.T. San Miguel

76

39

Motores de explosión

77

Motores de Combustión Interna•Desarrollado por Nicoló Barsanti y Felice Matteucci 1853 (Nuovo metodo d’impegiare la esplosione d’una mescolanza d’aria atmosferica e di un gas infiammabile o in generale la esplosione di un fluido detonante per conseguire una forza motrice, o una forza utile) Nikolaus Otto 1862, Alphonse Beau de Rochas 1861, Rudolf Diesel 1892 (1900 Aceite de Maní), , p , ( ),Stirling 1900,Wankel 1927,

•Su principio físico es desarrollar energía mecánica a partir de energía térmica, en cuatro tiempos, durante dos vueltas completas de cigüeñal mediante la combustión de una mezcla de aire y carburante.

78

40

Karl BenzNikolaus Otto Rudolf Diesel Felix WankelNicoló Barsanti Felice Matteucci

1853 1867

79

1886

Diesel 1906

PANHARD DE 12 CABALLOS (1898)El triciclo de Daimler Movido por un motor de combustión interna y presentado en 1886. Fue la

primera motocicleta de la historia

80

primera motocicleta de la historia.

41

MOTOR DE EXPLOSIÓN•Desarrollado por Nikolaus Otto y Alphonse Beau de Rochas en 1862 y 1861, respectivamente. 1876

•Su principio físico es desarrollarSu principio físico es desarrollar energía mecánica a partir de energía térmica, en cuatro tiempos, durante dos vueltas completas de cigüeñal mediante la combustión de una mezcla de aire y carburante.

•Rendimiento: Muy variable aprox 50%.

A li i

81

•Aplicaciones:

•Transporte.

•Generación de energía eléctrica autónomamente.

Velocidad de rotación• Baja Velocidad: < 300 rpm

• Velocidad Media: 300 a 900 rpmp

• Alta Velocidad: > 900 rpm

82

42

Balance Energético Motor

SALIDA ELÉCTRICA

CARGAS PARASITAS0,6 %

DESPUES CAJAENGRANAJES45,1 %

P É RDIDA DEL GENERADOR1,3 %

Entrada de combustible 100 %- GAS 99 %- PILOTO FUEL 1 %

Eje del Motor47,0 %

83

CALOR DEL MOTOR

53,0 %

Flexibilidad de combustible de los motores

HFO-Water EmulsionBio Diesel

Rape Seed OilOrimulsion

Palm OilHigh Viscosity HFO

HFO-Water Emulsion

Petróleo Crudo

84

DieselÓleo Combustible

1970 1980 1990 2000 2010 2004

Gas Natural

43

85

86

44

87

88

45

89

Generación Nuclear

90

46

Energía Nuclear de FisiónEs la energía asociada al uso del uranio. La forma de energía que se aprovecha del uranio es la energía interna de sus núcleos. Se transforma en energía eléctrica. Una parte importante del suministro de energía eléctrica en los países desarrollados tiene origen nuclear


• Importantes reservas de uranio • Alto riesgo de contaminación en caso de accidenteImportantes reservas de uranio • Tecnología bien desarrollada • Gran productividad. Con pequeñas

cantidades de sustancia se obtiene gran cantidad de energía.

• Aplicaciones pacíficas y médicas

Alto riesgo de contaminación en caso de accidente • Producción de residuos radiactivos peligrosos a corto

y largo plazo • Difícil almacenamiento de los residuos producidos • Alto coste de las instalaciones y mantenimiento de las

mismas • Posibilidad de uso no pacífico

91

Central Nuclear1. Edificio de contención

primaria 2. Edificio de contención

secundaria 3. Tuberías de agua a

presión 4 Edifi i d t bi4. Edificio de turbinas 5. Turbina de alta presión 6. Turbina de baja presión 7. Generador eléctrico 8. Transformadores 9. Parque de salida 10. Condensador 11. Agua de refrigeración 12. Sala de control 13. Grúa de manejo del

combustible gastado 14. Almacenamiento del

combustible gastado 15. Reactor

92

16. Foso de descontaminación

17. Almacén de combustible nuevo

18. Grúa del edificio de combustible

19. Bomba refrigerante del reactor

20. Grúa de carga del combustible

21. Presionador 22. Generador de vapor

47

PWR Comb= Ur enriq, Mod= Agua, Ref =Agua HWR Comb= Ur nat, Mod= Agua pe, Ref =Agua pe BWR Comb= Ur enriq, Mod= Agua, Ref =Agua

93

Generación Nuclear

El proceso de fisión nuclear es utilizado para producir energía eléctrica, como interacción entre un neutrón y el ú ánúcleo de un átomo fisionable como por ejemplo Ur235.

De ahí resulta la subdivisión del átomo , liberando energía y dos átomos más livianos.El control de la reacción requiere de un elemento moderador y un elemento para el enfriamiento.L di i ió d l í té i tili d

94

La disipación de la energía térmica es utilizada para producir vapor, la que es utilizada en una turbina de vapor convencional.

48

Generación Nuclear NEUTRONES RAPIDOS

EN EL MEDIOMODERADOR

NEUTRONMODERADO

U 235

95

PROCESO SIMPLIFICADO DELA FISION NUCLEAR

MODERADORD2O

U235

PRODUCTOS DEFISION

Fisión• El uranio presente en la naturaleza sólo contiene un 0.71% de uranio 235, el

resto corresponde al isótopo no fisionable uranio 238. Una masa de uranio nat ral por m rande q e sea no p ede mantener na rea ión en adenanatural, por muy grande que sea, no puede mantener una reacción en cadena, por que solo el Uranio 235 es fácil de fisionar. Es muy probable que un neutrón producido por fisión, con una energía inicial elevada (1MeV), inicie otra fisión, pero esta probabilidad puede aumentarse cientos de veces si se frena el neutrón a través de una serie de colisiones elásticas con núcleos ligeros como hidrógeno, deuterio o carbono. En esto se basa el diseño de los reactores de fisión aplicados a la producción de energía eléctrica

• El proceso de fisión iniciado por la absorción de un neutrón en el uranio 235

96

p plibera como promedio 2.5 neutrones en los núcleos fisionados. Estos neutrones provocan rápidamente la fisión de varios núcleos más , con lo que liberan cuatro o más neutrones adicionales e inician una serie de fisiones nucleares automantenidas, una liberación en cadena que lleva a la liberación continua de energía nuclear.

49

Generación Nuclear

GENERADOR

TURBINA A VAPOR

ENERADOR DE VAPOR

REACTOR

PRESURIZADOR

CONDENSADORNUCLEO

PWR

97

BOMBA

BOMBA

REFRIGERANTEPRIMARIO

ReactorPWR Pressurized Water ReactorPHWR Pressurized Heavy Water Reactor (Atucha)HWR Heavy Water Reactor (Embalse)BWR Boling Water ReactorGCR Gas Cooled Reactor

Generación Nuclear Los reactores se clasifican de acuerdo a la sustancia que utilizan como moderador y refrigerante, las más comunes son:

PWR (Pressurized Water Reactor): reactores con agua liviana a presión como refrigerante y moderador

PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) reactores con agua pesada a presión como refrigerante y moderador

BWR (Boiling Water Reactor) Reactores de agua l b ll ó f

98

liviana en ebullición como refrigerante y moderador.

GCR (Gas Cooled Reactor) reactores refrigerados por gas y moderados por grafito

LWR (Light Water Graphite Reactor) reactor refrigerado con agua liviana y moderador de grafito

50

Atucha II

Características técnicas:Características técnicas:◦ Combustible ULE Uranio Levemente Enriquecido

◦ Eficiencia Térmica Bruta 34%

◦ Eficiencia Térmica Neta 32%

◦ Factor de Carga esperado 85%

◦ Nº elementos en el núcleo 451 elementos

◦ Potencia Bruta 745 MW

◦ Potencia Neta 692 MW

◦ Potencia Térmica del Reactor2161 MW

◦ Quemado de extracción 14.2 MWD/kg U

99

100

Movimiento de recipiente del reactor en ATUCHA II

51

Centrales Nucleares en el Mundo

• Potencia Instalada = 365.000 MW

– EUA = 20% de su producción eléct.

– Rusia= 17%

– Francia= 78%

– Gran Bretaña= 24%

– Japón= 25%

– Canadá= 13%

– 6 países 75% de la producción mundial101

Países con centrales nucleares

• País centrales % de su potencia• País centrales % de su potencia

• EEUU 104 15

• Rusia 30 10

• Francia 59 65

• G.Bretaña 23 19

• Japón 54 22

• Canadá 17 12

102

52


• Energía no renovableg

• Costo, de 2.500 a 3.000 u$s/kW, debido a sistemas de seguridad redundantes.

• Tiempo de maduración de tres a cuatro años

• A nivel mundial 440 centrales, con una potencia total de 365.000 MW

• NO producen CO2

103

104

53

Energías Renovables

Procesos de producción de energía

Son Aquellas que pueden producirse en forma continua y resultan inagotables a escala humana

eléctrica que utilizan como energía primaria la energía eólica, solar

fotovoltaica, geotérmica o hidráulica entre otras.

105

Fuentes de energías renovables:

HidráulicaSolarSolar◦ Térmica◦ Fotovoltaica

EólicaBiomasa

106

Química◦ Pilas de combustible

Fusión Nuclear

54

Tecnología Características TípicasCostos de Energía

Típicos(cu$s/kWh)

Generación EléctricaHidroeléctricas grandes Potencia de planta: 10 megawatts (MW)–18,000 MW 3–4Hidroeléctricas pequeñas Potencia de planta: 1–10 MW 4–7Eólicas en tierra Potencia de la turbina: 1–3 MW 5‐8

Diámetro Aspas: 60–100 metros Eólicas mar adentro Potencia de la turbina: 1.5–5 MW 8‐12

Diá A 70 125Diámetro Aspas: 70–125 metros Biomasa Potencia de planta: 1–20 MW 5‐12

GeotermiaDoble‐flash, vapor natural [double‐flash, natural steam] 4‐7

Solar FV (modulo)

Tipo de celda y eficiencia: cristal simple ‐single‐crystal‐17%; policristalino –polycrystalline‐ 15%; silicona amorfa ‐amorphous silicon‐ 10%; película delgada ‐thin film‐ 9‐12% ‐

Solar FV sobre techos Potencia instalada pico: 2–5 kilowatts‐pico 20‐80*

Concentradores solares térmicosPotencia de planta: 50–500 MW (colector), 10‐20 MW (torre); Tipos: colector ‐ trough‐; torre o receptorConcentradores solares térmicos

(CSP)(torre); Tipos: colector trough ; torre o receptor central ‐tower‐, plato –dish 12–18†

Calentamieto de AguaCalentamieto con Biomasa Potencia de planta: 1–20 MW 1–6 1‐6Calentamiento solar Tamaño: 2–5 m2 (hogar); 20–200 m2 2–20 (hogar)

(mediano/multi‐familia); 0.5–2 MWth 1–15 (mediano)(grande/district heating); Tipos: evacuated tube, flat‐plate 1–8 (grande)

Calentamiento/ enfriamiento geotérmico

Potencia de planta: 1–10 MW; Tipos: heat pumps, direct use, chillers 0.5–2 0,5‐2

Biocombustibles

Etanol

Productos agrícolas: caña de azúcar, remolacha azucarera,maíz, mandioca, sorgo, trigo (y celulosa a futuro)

25–30 cent/litro (azúcar) 40–50 cent/litro (maíz) (gasolina equivalente)

Biodiesel

Productos agrícolas: soja, colza o canola, semillas demostaza, palma, jatropha, o aceites vegetales usados.

40–80 cents/litro (diesel equivalente)

Energía Rural (fuera de red)Energía Rural (fuera de red)Mini‐hidroeléctricas Potencia instalada: 100–1,000 kilowatts (kW) 5–10 5–10Micro‐ hidroeléctricas Potencia instalada: 1–100 kW 7–20 7–20Pico‐ hidroeléctricas Potencia instalada: 0.1–1 kW 20–40 20–40Digestor a biogas Tamaño del digestor: 6–8 metros cúbicos n/a n/aGasificador a biomasa Tamaño: 20–5,000 kW 8–12 8–12Pequeña turbina eólica Potencia de la turbina: 3–100 kW 15–25 15–25Turbina eólica hogareña Potencia de la turbina: 0.1–3 kW 15–35 15–35Mini red para comunidad Potencia del sistema: 10–1,000 kW 25–100 25–100Sistema Solar hogareño Potencia del sistema: 20–100 watts 40–60 40–60

Nota: Los costos son costos económicos, excluyen subsidios o incentivos de política. Los costos típicos de la energía corresponden a las mejores condiciones posibles, incluyendo el diseño del sistema, localización, y disponibilidad de recursos. Condiciones óptimas pueden arrojar costos menores, condiciones menos favorables pueden resultar en costos substancialmente superiores. Los costos de sistemas híbridos de generación eléctrica fuera de red empleando renovables dependen fuertemente del tamaño del sistema, localización y aspectos asociados como respaldo de diesel y depósito de baterías. (*) Costos típicos entre 20-40 centavos por kWh corresponden a latitudes bajas con radiación solar de 2500 kWh/m2/año, 30-50 centavos/kWh para 1500 kWh/m2/año (típico del sur de Europa), y 50-80 centavos para 1000 kWh/m2/año (latitudes superiores). (†) Costos para plantas colectoras; los costos caen al incrementarse el tamaño de planta. Fte: PÁGINA 16 ENERGÍA RENOVABLE 2007 GLOBAL STATUS REPORT Tabla 1. Situación de las Tecnologías Renovables —Características y Costos

55

G ió Hid á liGeneración Hidráulica

109

Energía HidráulicaEs la energía asociada a los saltos de agua ríos y embalses La forma de energía que posee el agua de los embalses es energía potencial gravitatoria, que podemos aprovechar conduciéndola y haciéndola caer por efecto de laconduciéndola y haciéndola caer por efecto de la gravedad. Se puede transformar en energía mecánica en los molinos de agua y en energía eléctrica en las centrales hidroeléctricas. (Noruega= 99%, RDCongo= 97%, Brasil= 96%)


• Es una energía limpia • No contaminante • Su transformación es directa • Es renovable

• Imprevisibilidad de las precipitaciones • Capacidad limitada de los embalses • Impacto medioambiental en los ecosistemas • Coste inicial elevado (construcciones de grandes

embalses) • Riesgos debidos a la posibles fallas de la presa

110

56

Desarrollo Histórico

• 1740 Barker

1832 F• 1832 Fourneyron

• 1837 h > 100 m

• 1849 Francis

• 1893 Hidroelectricidad (Westinghouse, Niagara Falls Power Co)

111

Ciclo del Agua

CondensaciónVientos

LLuvias

Nieve

112

Evaporación

57

Annual average precipitation (mm/day) 1988-1996. Source : adapted from NOAA, through NET Ltd.,St. Ursen, Switzerland

Centrales Hidroeléctricas

La potencia de una turbina hidráulica viene dada por P= f (η, γ, Q, H) P = 8 Q H [kW]

Ejs: Con un salto de 140 m y un caudal de 300 m3/seg, se obtendría una potencia de 336 MW

114

Un salto de 30 m y un caudal de caudal de 5000 m3/seg nos da una potencia de 1200 MW

58

Central Hidroeléctrica1. Agua embalsada 2. Presa 3. Rejas filtradoras 4. Tubería forzada 5. Conjunto de grupos turbina

alternador-alternador 6. Turbina 7. Eje 8. Generador 9. Líneas de transporte de

energía eléctrica 10. Transformadores

115

Turbinas Hidráulicas

En las centrales hidroeléctricas se realiza la transformación de la potencia hidráulica contenida en el producto Q x H caudal turbinado m3/s por altura enel producto Q x H caudal turbinado m3/s por altura en m, para obtener una potencia eléctrica al rodar la rueda solidaria a un generador.

Alta Media Baja Grande Medio Pequeño

Altura útil Caudal

116

>250m 50<h<250 m <50 m >100 m3/s 10<Q<100 m3/s <10 m3/s

59

Turbinas Hidráulicas La búsqueda del máximo rendimiento condujo al diseño de distintos tipos de turbinas hidráulicas siendo la altura el condicionante del diseno a aplicar:la altura el condicionante del diseno a aplicar:

Pelton: grandes saltos > 200 m hasta 1500 mFrancis: saltos medios 20 a 500 mKaplan: saltos menores < 70 m (paso orientable)En las zonas de transición la elección del tipo mas conveniente de turbina constituye un problema

117

conveniente de turbina constituye un problema complejo de índole técnico económica

Tipos de Aprovechamientos

Centrales de pelo de agua o de pasada:Se consideran así a las centrales que poseen una baja capacidad de almacenamiento. Se caracterizan por el pasaje constante de agua. No pueden almacenar grandes cantidades de agua para la época se seca.Centrales de embalse:Poseen una mayor capacidad de almacenamiento, siendo posible regular su utilización en función de las necesidades. Por ejemplo durante el invierno el el embalse retiene agua de nieve p[ara ser usada en el verano.Los embalses constituyen un medio de regulación del régimen de afluencias hidráulicas a lo largo del año o inter años permitiendo las transferencias energéticas

118

de una época a otra. Centrales de Bombeo:Resultan de utilidad en los periodos en que hay bajo consumo existiendo energía en exceso para utilizar en el bombeo del embalse inferior al superior. En ese momento el grupo invierte su funcionamiento y el alternador pasa a funcionar como motor actuando la turbina como bomba.

60

119

Instalación multipropósito

• Regulación de caudales

• Disponibilidad de agua para uso humano

• Capacidad de riego

• Generación de energía

120

61

Características principales• ‐Energía renovable

‐Instalación multipropósito

‐Generalmente alejada de los centros de

consumo

Energía aleatoria, pero previsible

Período de maduración, 4 a 6 años

Costo de 2500 a 3000 u$s/KW

121

Costo, de 2500 a 3000 u$s/KW

122

62

Centrales hidráulicas Principales

• Central Ubicación Potencia(MW) Año de operación

• Alicurá Comahue 1.000 1984/5

• El Chocón Comahue 1.200 1973/7

• Piedra del Águila Comahue 1.400 1993/4

• Planicie Banderita Comahue 450 1978

• Río Grande Centro 750 1986

• Futaleufú Patagomia 448 1978

• Yacyretá Binacional 2.700 1994

123

• Salto Grande Binacional 1.890 1978

Turbinas Hidráulicas

Francis

Pelton

124

Kaplan

63

Turbinas Hidráulicas ‐ Pelton

125

Turbina Pelton

126

64

127

128

65

Turbina Kaplan

129

130

66

Turbinas Francis

131

132

67

Central Hidroeléctrica de Bombeo

1. Embalse superior 2. Presa 3. Galería de conducción 4. Tubería forzada4. Tubería forzada 5. Central 6. Turbinas y generadores 7. Desagües 8. Líneas de transporte de

energía eléctrica 9. Embalse inferior o río

133

134

68

Generación Hidráulica ‐ BombeoP

Pmax

P’max

135

Bombeo

Central de Bombeo – Río Grande

136

69

Características Físicas del Sector EléctricoEsquema de Cuencas Hídricas

Río Tercero

Río

Uru

guay

CH

Sal

toG

ran

de

CH

Yac

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áR

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CH

Cab

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H A

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orto

Río Grande

al o oga

CuencaMediterránea

Cuenca delPlata

Río TerceroRío Quillinzo

Río de la Cruz

Río Chico

Río Gastona

Río Seco

CH

El C

adill

a

CH

Río

Hon

do

CH

Los

Qu

iro

Río Chusca

Río Chulca

Río Taconas

Río CañasRío Vipos

Río Salí Río DulceRío Acequiones

Río Realeso

Río NevadooRío Chavarría

Río Marapa

CH Pueblo Viejo

CH Escaba

CH Cruz del Eje

CH San Roque

CH Los Molinos I y II

Río Cruz del Eje

Río Primero

Río Segundo

Río Los Rearteo

Río San Pedroo

Río del Medio

Río Espinillo

Río San Juan

Río Mendoza

Río Tunuyán

Río

Sal

ado

CH Ullum y Quebrada de Ullum

CH Cacheuta CH Alvarez Condarco

CH El Carrizal

CH Aguadel Toro CH Los Reyunos

137

Cuenca PatagónicaVertiente Atlántica

Cuenca PatagónicaVertiente Pacífico

Cuenca CuyanaRío Diamante

Río Atuel

Río Colorado

Rdel Toro CH Los ReyunosCH El Tigre

Sistema Nihuil

CH Planicie Banderita

CH

El C

hoc

ón

CH

Arr

oyit

o

CH

Pic

hi P

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nLe

ufú

CH

Pie

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Agu

ila

CH

Alic

urá

Río Collón Curá

Río Neuquén

Río Limay Río Negro

Río Chubut

CH

Flo

ren

tin

oA

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hin

o

CH

Fu

tale

ufú

Río Futaleufú

Río qmed q10% q90%Uruguay 4950 7920 2500Paraná 12480 15015 9214Neuquén307 434 180Estacionalidad

Características Físicas del Sector EléctricoEstacionalidad, Caudales Principales Ríos

qLimay 269 352 174Collón Curá 408 545 250Negro 980 1285 616Diamante 35 68 15Grande 11 28 2

EstacionalidadQ= m3/seg

138

70

Distribución de los Aportes hidráulicos

139

Provincia Central Río Pot MW EMA GWh FU Ejecución años

Chubut Caridad Carrenleufu 42 257 70%

Chubut Frontera Carrenleufu 80 420 60%

Chubut Jaramillo Carrenleufu 24 81 39%

Chubut La Elena Carrenleufu 100 650 74%

Proyectos Hidráulicos Argentina

Chubut Puesto Bustos Carrenleufu 115 561 56%

Chubut Río Hielo Hielo 50 320 73%

Corrientes Aña Cuá Paraná 250 1900 87% 1 a 3

Corrientes Garabí Uruguay 1500 7200 55%

Corrientes Itatí Itacorá Paraná 1660 11300 78% 5

Corrientes Paraná Medio Norte Paraná 2850 15500 62%

E. Ríos-Santa Fe Paraná Medio Sur Paraná 3000 18600 71%

Mendoza Cordón del Plata I Mendoza 850 2270 30%

Mendoza Cordón del Plata II Mendoza 210 440 24%

Mendoza Cordón del Plata III Mendoza 320 560 20%Mendoza Cordón del Plata III Mendoza 320 560 20%

Mendoza El Baqueano Diamante 190 460 28%

Mendoza El Seguro Grande 55 360 75%

Mendoza La Estrechura Grande 44 360 93%

Mendoza Los Blancos I Tunuyán 324 900 32%

Mendoza Los Blancos II Tunuyán 144 380 30%

Mendoza Portezuelo del Viento Grande 90 650 82%

Mendoza Rincón de los Godos Grande 30 250 95%

Mendoza Risco Negro Grande 50 340 78% 140

71

Provincia Central Río Pot MW EMA GWh FU Ejecución años

Misiones Corpus Paraná 2900 19000 75% 6 a 7

Neuquén Collón Curá Collón Curá 370 1460 45%

Neuquén El Chihuido I Neuquén 850 2400 32%

Neuquén El Chihuido II Neuquén 228 1090 55%

R. Negro Neuquén Michihuao Limay 620 2870 53%

Río Negro Allen Negro 170 1100 74%

Río Negro Mainque Negro 174 1120 73%

Rí N R N 168 1030 70%Río Negro Roca Negro 168 1030 70%

Río Negro Villa Regina Negro 172 1110 74%

Salta Arrazayal Bermejo 83 465 64% 5

Salta Las Pavas Bermejo 75 386 59% 5

Salta Zanja del Tigre Bermejo 234 945 46%

Santa Cruz Condor Cliff Santa Cruz 750 3000 46%

Santa Cruz La Barrancosa Santa Cruz 250 1760 80%

Santa Cruz La Leona La Leona 240 1000 48%

Tucumán Potrero del Clavillo Gastona-Medina 120 375 36%

19382 102870 61%

141

El evento crítico se produce en horas de demanda máxima y en hidrologías secas

MW Hidrología RicaMW

Hidrología Seca

Hidrología Media

Hidrología Rica

Capacidad probable del Sistema

Alta probabilidad de pérdida de carga ante indisponibilidad de unidades

Baja probabilidad de pérdida de carga ante indisponibilidad de unidades

1428760 hs

Demanda

Horas de Punta

72

Potencial hidroenergético.

Argentina:EMA = 191 TWh 48 GWEMA = 191 TWh – 48 GWE95%PEXC= 25.9 TWh – 3.24 GW

Brasil:EMA = 519 TWh – 90 GW

Año Seco:Argentina= 13%Brasil= 74%

143

EMA = 519 TWh 90 GWE95%PEXC= 382 TWh – 47.8 GW

E. Aprovechable Argentina= 100 a 130 TWh

Central Hidroeléctrica

PLANTA PLANTA

CORTE

CORTE

144

73


De gravedad

145

De Bóveda


caudal mediano y salto mediano

146alta presión y bajo caudalbaja caída y alto caudal

74

Energía del Mar

Energía del Mar

• Energía de las olas ‐ undimotriz– Aprovechamiento del movimiento

oscilatorio de la superficie del mar.

• Energía mareomotriz– Aprovechamiento de las mareas debido a la fuerza gravitatoria de la luna y su interacción con la rotación

75

Amplitud de MareasPuertos o bahías Amplitudes de marea (m)

Puerto Peñasco, Sonora, México 8,0

Liverpool, Bristol, Inglaterra 10,0

Braunagar, India 12,5

Bahía Collier, Australia 14,0

Bahía Mont Saint Michel, Francia 15,0

Río Gallegos, Argentina 18,0

Bahía Fundy, Canadá 19,0

La primera gran central mareomotriz para la producción de energía eléctricacomercial se construyó en 1967 en el Estuario de Rance, Francia; es la centralmareomotriz más importante del mundo con una potencia instalada de 240 MW,un caudal de 20.000 m3/s, un salto de agua de 8 metros y un dique de más de 700m, siendo la superficie de agua embalsada de 17 km2.

76

Energía Undimotriz

• Energía de las olas– La potencia mecánica de las olas depende de la altura media de las olas y del período (tiempo) entre ellas.

– P= 0.49 * Hs2 * Te (kW / m)

– P= potencia / m de longitud de ola, kW/m

– Hs= altura cuadrática media, m

– Te= Período, seg

Región Pacíf Central Pacíf Sur Atlán Central Atlántico Sur Centro América Norte América

Típico 10‐22 30‐50 10‐20 25‐35 11‐15 12‐30

Máximo 95‐97 Cabo de Hornos

95‐97 Cabo de Hornos



40‐65 Alaska

77

Esquema de la Columna de Agua Oscilante – Oscillating Water Column (OWC) –, una chimenea instalada en el lecho del mar que admite las olas a través de una apertura cerca de su base. Al subir y caer las olas en el mar abierto, la altura de la columna de agua que contiene también sube y baja. Cuando el nivel del agua sube, el aire es forzado hacia arriba y fuera a través de una turbina que gira e impulsa el generador.

78

Las olas son una forma terciaria de energía solar, en la que la temperatura desigual de la superficie de la Tierra genera viento, y el viento soplando sobre el mar genera olas. A pesar de que el 75% de la superficie de la Tierra, está cubierta por agua, las olas son una fuente de energía por explorar, comparadas con el desarrollo que han tenido otras como la

l l ólisolar o la eólica.

Hasta hace relativamente poco, el uso de la energía de las olas ha estado limitado a pequeños sistemas que podían generar decenas o centenas de watios. Al igual que una boya que sube y baja con las olas, la columna oscilante de agua (OWC) en el cilindro de una boya marina actúa como un pistón, empujando aire hacia arriba o succionándolo haciapistón, empujando aire hacia arriba o succionándolo hacia abajo.

Esta potencia neumática puede ser convertida en electricidad si empleamos una turbina como generador.

El recurso potencial se estima en unos 2.000 gigavatios (GW), si bien la UNESCO lo ha declarado como de aproximadamente el doble de esa cantidad. Lo que hace falta calcular es qué cantidad es posible cosechar y suministrar a un precio económico. La posibilidad de obtener energía de las olas se ha estudiado desde la época de la Revolución Francesa, cuando las primeras patentes fueron registradas en París por un padre e hijo de apellido Girard. Ellos habían observado que “la enorme masa de un barco de la línea, que ninguna otra fuerza es capaz de levantar, responde al más leve movimiento de las olas”.Poco progreso tuvo lugar en convertir este movimiento en energía útil hasta el últimoPoco progreso tuvo lugar en convertir este movimiento en energía útil hasta el último cuarto del siglo pasado, principalmente por falta de conocimiento científico de lo que era una ola, cómo avanzaba y cómo podría ser transformada. Por otra parte, también existía un merecido respeto por la naturaleza formidable de la tarea, y el considerable capital necesario tampoco estaba disponible.A diferencia de la energía hidroeléctrica, la energía de las olas no puede contar con el flujo de agua en una sola dirección. No es posible colocar una rueda de agua en el mar y hacerla girar y generar electricidad, a pesar de que, para el espectador en la costa, parecería que las olas avanzan hacia la costa en línea recta. Leonardo da Vinci observó que, cuando el viento soplaba sobre un trigal parecía que q , p g p qolas de trigo corrían a través del trigal, mientras que, en efecto, sólo las puntas individuales se movían ligeramente. Lo mismo sucede con las olas en el mar, que también pueden compararse con el movimiento de una cuerda para saltar. Cuando se mueve uno de sus extremos, una forma de onda se transporta al otro – pero la cuerda misma no avanza.

David Ross es autor de Energy from Waves (Pergamon, 1979), Power from the Waves (Oxford University Press, 1995) y Scuppering the Waves (Open University Network for Alternative Technology, 2001).

79

Alemania - Energie Baden-Württemberg Ag (EnBW) y Voith Siemens Hydro Power Generation GmbH & Co -Mar del Norte - 250kW -120 hogares.

Corrientes Marinas

80

Generación Eólica

160

81

Energía Eólica

• Es la energía asociada al viento.

• La forma de energía que posee es la energía cinética del viento,La forma de energía que posee es la energía cinética del viento, que podemos aprovechar en los molinos, en la navegación a vela,...

• Se puede transformar en energía mecánica en los molinos de vientos o barcos de vela, y en energía eléctrica en los aerogeneradores.


• Limpia • Sencillez de los principios

aplicados • Conversión directa • Empieza a ser competitiva

• Intermitencia de los vientos • Dispersión geográfica • Impacto ambiental sobre ecosistemas • Generación de interferencias • Tecnología en desarrollo • Dificultad de almacenamiento

161

Central Eólica

1. Turbina 2. Cables conductores 3. Carga de frenado 4 Toma de tierra4. Toma de tierra 5. Caja de control

batería 6. Fuente auxiliar 7. Acumuladores 8. Líneas de

transporte de energía eléctrica

162

82

Molinos de Viento

163

Evolución Histórica

164

83

165


• Edad Antigua‐Media: Energía Mecánica.

• 1900‐1980: Energía Eléctrica

166

84


1980 ‐ 1986: Boom California.

l 15 000 Turbinas de 50 a 100

1986 ‐ 1990: Quiebre.

95% Californial 15.000 Turbinas, de 50 a 100 kW.

l + 50% incentivos.

l + 50% Manufactura en Dinamarca.

– 95% California.

– 250 kW (Danés).

1990 ‐ 2001: Renace.

l 10.000 MW.

l 500 ‐ 750 kW.

l + 80% en Europa

167

l 80% en Europa

l + 90% Manufactura Europea.

Centrales Eólicas

168

85

15 30 50 80 120 m Ø

Mean annual production of 1.5 MW variable speed wind turbines (HH = 80 m) in full load hours.Source: G. Czisch

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Centrales Eólicas

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Centrales Eólicas MW

m/s

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Energía Solar

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Energía Solar

Es la energía asociada a la radiación solar. La forma de energía que posee el Sol es energía nuclear interna que se transforma en la energía que emite mediante procesos de fusión. El Sol g q pemite sin cesar lo que se llama energía radiante o, simplemente, radiación. Se transforma en lo que habitualmente se denomina energía térmica y en energía eléctrica. Se puede realizar directamente (fotovoltaica) o indirectamente.


•Limpia •Sencillez de los principios aplicados

•Conversión directa •Empieza a ser competitiva

• Grandes variaciones en el tiempo de irradiación • Es aprovechable sólo en algunas partes del planeta • Necesidad de grandes superficies de captación para su

aprovechamiento a gran escala • Tecnología en desarrollo • Dificultad de almacenamiento

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88

Figure 64 : World direct horizontal radiation [kWh/m2-yr] 1983-1992Source: ECMWF, NCEP, G. Czisch, Iset/IPP, 2000

SolarCaptación Térmica

La energía Solar de Baja Temperatura es la mas difundida se utiliza principalmente paramas difundida, se utiliza principalmente para la producción de agua caliente

La tecnología solar termoeléctrica de alta temperatura consiste en el empleo de la radiación solar para el calentamiento de un

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fluido que luego circula por una turbina.

Para su ejecución es necesario disponer de elementos de concentración óptica.

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Anuncios de 1892

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Calentador de Agua 1911

Central Solar1. Caldera 2. Campo de

helióstatos 3. Torre 4. Almacenamiento

térmico 5. Generador de

vapor 6. Turbo-alternador 7. Aero-condensador 8. Líneas de

transporte de energía eléctrica

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Central Eólico Solar

1. Chimenea de conducción del aire caliente

2. Regulador entrada de2. Regulador entrada de aire

3. Turbina 4. Generador 5. Zona de invernadero 6. Tensores de equilibrio

chimenea 7. Edificio de

transformadores 8. Líneas de transporte de

energía eléctrica

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Energía de la BiomasaEs la energía asociada a los residuos orgánicos generados en la transformación de productos agrícolas, forestales y a los residuos sólidos urbanos. Se trata de aprovechar la energía interna de estos residuos. También se cultivan grandes superficies específicamente para producir biomasabiomasa. Se puede transformar en combustibles sólidos (carbón vegetal), líquidos (alcohol y otros) y gaseosos (biogás). De su combustión se puede obtener energía eléctrica.


• Favorece el reciclaje de residuos urbanos • Contribuye a una mejor limpieza de los bosques y

como consecuencia previene incendios forestales • Aprovecha ciertos terrenos que no son válidos para

otros cultivos.

• Necesidad de grandes superficies de cultivo

• Tecnología en desarrollo

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Recurso Biomásico

• La biomasa es una fuente renovable de energía porque su valor proviene del Sol.valor proviene del Sol.

• A través del proceso de fotosíntesis, la clorofila de las plantas captura su energía y convierte el dióxido de carbono CO2 del aire y el agua del suelo en carbohidratos, para formar materia orgánica.

• Cuando estos carbohidratos se queman, regresan a su forma de dióxido de carbono y agua liberando la energía contenidade dióxido de carbono y agua, liberando la energía contenida.

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Rendimiento energético proceso de fotosíntesis muy bajo

• Máximos teóricos:– A nivel celular = 30%A nivel celular = 30%– A nivel cultivo = 6% de la energía solar incidente (cultivos tropicales)

– Zonas templadas = 1‐2%– A nivel mundial= 0.1% (4 veces consumo mundial)

• Problemas:C d l 40% bi á i– Cerca del 40% es biomasa acuática

– Biomasa terrestre muy dispersa– Se debe descontar la energía necesaria para su cultivo, recolección y transformación en combustible útil

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Global biopower resources biomass resources – in absolute terms – showing countries with high bioenergy potential greater than 5 GW. Source: DOE Biopower

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Biocombustibles

• Etanol– Se produce de la fermentación de cultivos que contienen azúcares o

ll d i ú l l id ( íaquellos que pueden convertir en azúcares los almidones (maíz. papa, remolacha, caña de azúcar, etc) , o las celulosas (árboles). Al mezclarse con las naftas, naftanol, que reduce los niveles de contaminación por el alto contenido de oxígeno del etanol

• Biodiesel– Es un éster (similar al vinagre) que se produce a partir de aceites

vegetales, grasas animales y grasas comestibles recicladas. Mediante un proceso de transesterificación, los aceites orgánicos son combinados con alcohol (etanol o metanol) y alterados químicamente para formar ésteres grasos. El biodiesel puede mezclarse con el gas oil o usase puro en motores de combustión interna ciclo Diesel, con mínimas modificaciones.

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Energía Geotérmica

Es la energía interna y cinética asociada al vapor de agua que sale directamente a la superficie en zonas volcánicas y al aumento de temperatura que se


volcánicas y al aumento de temperatura que se produce conforme profundizamos en la superficie terrestre. Se transforma en energía eléctrica o en energía térmica para calefacción.

• Limpia • En los sitios donde se da, es

abundante

• No renovable • Sólo es aprovechable en lugares muy

concretos • Tecnología en desarrollo

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Geothermal potential in the world taking into account temperature difference of 170 K and depths not > 6 km. Source: B. Lehner (USF) and G. Czisch (ISET)

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Energía Nuclear de Fusión• Recibe el nombre de fusión nuclear la reacción en la que dos núcleos muy

ligeros (hidrógeno) se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía.

• Para que tenga lugar la fusión los núcleos cargados positivamente deben• Para que tenga lugar la fusión, los núcleos cargados positivamente, deben aproximarse venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. La energía cinética necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se suministra en forma de energía térmica (fusión térmica)

• La energía del Sol es un ejemplo de este tipo de energía. Actualmente se intentan reproducir los mismos procesos de fusión que ocurren en el Sol, pero de forma controlada.


• Escasa contaminación • Recursos prácticamente ilimitados

• Dificultad del desarrollo tecnológico necesario. • Actualmente se encuentra en fase de investigación y desarrollo. • No se ha establecido aún si origina residuos peligrosos.

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Planta nuclear de fusión de Culham, Inglaterra (1991)

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La gran familia de la energía MundialEnergías no renovables y renovables

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Sistema Eléctrico Argentino 2009

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