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
Valdez Ingenieros SA de CV
Turbina Pelton Turbina Francis
Turbina Kaplan (Axial ) Turbina Tubular (Axial )
Turbina Banki Turbina Garman
Tecnologa existente
Valdez Ingenieros SA de CV
10 100 1000H en m10.1
1
10
100
BANKI
AXIAL
FRANCIS
PELTON
Garman (de Ro) 0.3 a 3 KW
Valdez Ingenieros SA de CV
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
Valdez Ingenieros SA de CV
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
Valdez Ingenieros SA de CV
26,376 Km
37%
Zona estudiadapara CONAE
Veracruz y Puebla
1995
Valdez Ingenieros SA de CV
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
Valdez Ingenieros SA de CV
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.
Valdez Ingenieros SA de CV
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
Valdez Ingenieros SA de CV
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
Valdez Ingenieros SA de CV
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
Valdez Ingenieros SA de CV
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
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
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