ENERGÍA MINI – HIDRAÚLICA: VIABILIDAD Y RIESGO · necesidad de introducir en los mismos el...
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1 ENERGÍA MINI – HIDRAÚLICA: VIABILIDAD Y RIESGO Germán Martínez Montes 1 Jesús Oliver Pina 2 , Javier Ordóñez García 3 , Javier Alegre Bayo 4 . 1 Dr. Ingeniero de Caminos. Proyectos de Ingeniería. ETS.ICCP de Granada. [email protected] 2 Dr. Ingeniero de Caminos. Proyectos de Ingeniería. ETS.ICCP de Granada. [email protected] 3 Dr. Ingeniero de Caminos. Proyectos de Ingeniería. ETS.ICCP de Granada. [email protected] 4 Dr. Ingeniero de Caminos. Proyectos de Ingeniería. ETS.ICCP de Granada. [email protected] RESUMEN Los compromisos adquiridos a nivel mundial, a partir de la Cumbre de Río y de la firma del Protocolo de Kioto, han obligado a la Unión Europea y a España a la formulación de de políticas energéticas que potencie e incentive las energías renovables y por tanto la hidroeléctrica. En el presente artículo se formulan las singularidades de los estudios de viabilidad de las inversiones en materia de Minicentrales Hidroeléctricas, detectando la necesidad de introducir en los mismos el concepto de riesgo así como el agilizar procesos administrativos que en la actualidad frenan nuevas actuaciones o rehabilitaciones de las ya existentes SUMMARY The acquired commitments at world level, starting from the Summit of Rio and of the signature of the Protocol of Kioto, they have forced to the European Union and Spain to the formulation of energy politicians that foments and motivate the renewable energy and therefore the Small Hydro-Power. Presently article the singularities of the studies of viability of the investments are formulated as regards Small Hydro-Power, detecting the necessity to introduce in the same ones the concept of risk as well as speeding up administrative processes that at the present time already brake new performances or rehabilitations of those existent. 1.- INTRODUCCIÓN El sector energético es un elemento básico del desarrollo global de la economía mundial, por ser el objeto de la misma, las centrales hidroeléctricas una fuente de generación de energía. Dicha consideración ha sido ya remarcada [Ministerio de Economía, 2002], "El Sector Energético constituye una parte esencial de la actividad 978
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ENERGÍA MINI – HIDRAÚLICA: VIABILIDAD Y RIESGO
Germán Martínez Montes1 Jesús Oliver Pina2, Javier Ordóñez García3, Javier Alegre Bayo4. 1 Dr. Ingeniero de Caminos. Proyectos de Ingeniería. ETS.ICCP de Granada. [email protected] 2 Dr. Ingeniero de Caminos. Proyectos de Ingeniería. ETS.ICCP de Granada. [email protected] 3 Dr. Ingeniero de Caminos. Proyectos de Ingeniería. ETS.ICCP de Granada. [email protected] 4 Dr. Ingeniero de Caminos. Proyectos de Ingeniería. ETS.ICCP de Granada. [email protected]
RESUMEN
Los compromisos adquiridos a nivel mundial, a partir de la Cumbre de Río y de la firma
del Protocolo de Kioto, han obligado a la Unión Europea y a España a la formulación de
de políticas energéticas que potencie e incentive las energías renovables y por tanto la
hidroeléctrica. En el presente artículo se formulan las singularidades de los estudios de
viabilidad de las inversiones en materia de Minicentrales Hidroeléctricas, detectando la
necesidad de introducir en los mismos el concepto de riesgo así como el agilizar
procesos administrativos que en la actualidad frenan nuevas actuaciones o
rehabilitaciones de las ya existentes
SUMMARY
The acquired commitments at world level, starting from the Summit of Rio and of the
signature of the Protocol of Kioto, they have forced to the European Union and Spain to
the formulation of energy politicians that foments and motivate the renewable energy
and therefore the Small Hydro-Power. Presently article the singularities of the studies of
viability of the investments are formulated as regards Small Hydro-Power, detecting the
necessity to introduce in the same ones the concept of risk as well as speeding up
administrative processes that at the present time already brake new performances or
rehabilitations of those existent.
1.- INTRODUCCIÓN
El sector energético es un elemento básico del desarrollo global de la economía
mundial, por ser el objeto de la misma, las centrales hidroeléctricas una fuente de
generación de energía. Dicha consideración ha sido ya remarcada [Ministerio de
Economía, 2002], "El Sector Energético constituye una parte esencial de la actividad
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económica de un país siendo un elemento dinamizador de mismo, así como, supone un
valor estratégico innegable al resto de los sectores de la economía. Por ello, el
suministro energético en condiciones óptimas de seguridad, calidad y precio es un
objetivo irrenunciable en la definición de la política energética de un país".
El sistema energético se sustenta en grandes infraestructuras desde las cuales se
permite su vertebración. Los generadores energéticos se han de basar en la
racionalidad, eficiencia y garantía del suministro. De igual forma, el sistema energético
de un país ha de permitir la compatibilización de la iniciativa privada con la obtención
del mejor sistema desde el punto de vista de conjunto del sistema energético nacional,
y de éste modo, procurar un servicio fiable y eficiente. En definitiva se basa en hacer
tratar compatible la calidad del servicio con la mejor asignación de servicio como único
medio para sentar las bases de crecimiento económico estable y sostenido, respetando
de una forma cierta las variables ambientales.
Uno de los pilares básicos en la estrategia energética medioambiental es el apoyo al
desarrollo de las energías renovables. El respaldo a esta fuente de energía se basa en
su reducido impacto ambiental por comparación con otras energías, y en su carácter de
recurso autóctono que favorece, por tanto, el autoabastecimiento y la menor
dependencia del exterior. Pero que se justifica por lo que significa de reto tecnológico,
de modo, que mediante aplicaciones sucesivas cada vez más cercanas al umbral de la
rentabilidad, se pueda conseguir de estos recursos una fuente complementaria de
suministro energético fiable y económico.
Tal y como recoge el documento Eficiencia Energética y Energías Renovables [IDEA,
2003], "la generación de electricidad con fuentes de energía renovables tiene un menor
impacto medioambiental que la generación eléctrica con fuentes fósiles, ya sea carbón,
fueloil o gas natural. Las centrales con fuentes renovables emiten menor cantidad de
CO2 por kWh producido que las plantas de carbón a las que se las sustituyan".
Entre estas se encuentra la energía procedente de las Minicentrales Hidroeléctricas,
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cuyos estudios de viabilidad son objeto de la presente comunicación.
2.- ENERGÍA MINIHIDRAULICA
El aprovechamiento energético de la energía potencial y cinética del agua data de la
época de los griegos. Estos empleaban la rueda hidráulica para bombear agua o para
moler trigo, llamada noria, e inventada por Filón de Bizancio (250 a.C.). Sin embargo, la
posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada
hasta el siglo XII.
La descripción detallada de la rueda hidráulica, así como sus aplicaciones, se debe al
ingeniero y arquitecto romano Marco Vitrubio Polión, quien la describe ampliamente en
su libro De architectura [Vitrubio, s.a.] libro en el que se conserva la técnica de la
arquitectura y de la ingeniería del helenismo).
Desde aquellos primeros aprovechamientos hasta la actualidad se han producido
grandes cambios desde el punto de vista de la propiedad del agua y su posible
utilización (administrativos), técnicos, económicos y medioambiental es los cuales se
analizan a continuación.
3.- ESTUDIO DE VIABILIDAD DE MINICENTRALES HIDROELÉCTRICAS
Una vez analizados que los datos previos tanto hidrológico como topográficos, puedan
dar una información para la ejecución del aprovechamiento hidroeléctrico se analizara
la legislación vigente en la zona afectada, tal como indica la figura nº 1. Si de dicho
Estudio Previo se pueden verificar unos resultados aceptables para la estimación inicial
realizada se puede proceder a elaborara el Estudio de Viabilidad y/o Proyecto
Concesional.
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Fuente: Elaboracion propia.
Tal como se expone en el artículo "Aplicación de la Informática a la redacción de
Proyectos de Minicentrales Hidráulicas” [Ruiz, J et al, 1988] "el Proyecto de concesión
de acuerdo con la legislación vigente, precisa de incluir una serie de cálculos
justificativos encaminados a garantizar su diseño, viabilidad técnica y analizar los
aspectos económicos".
Tal y como se describe en la figura nº2, el Proyecto Concesional debe presentar, con un
elaborado contenido teórico, información sobre los datos hidrológicos de la zona para la
definición del caudal, datos topográficos para definición del salto y la legislación
aplicable.
Es entonces cuando se pueden definir las características generales del proyecto, es
decir el punto de captación (toma), longitud del canal de conducción o túnel, salto
hidráulico aprovechable, la longitud de su línea de eléctrica, etc.
Para obtener el dimensionamiento más rentable y optimizado técnicamente se
desarrollarán los siguientes estudios:
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3.1.- Estudio hidrológico:
El régimen de caudales de un río suele ser muy variable y su conocimiento es
imprescindible para la determinación de la potencia instalable y de la energía producible
en un aprovechamiento hidroeléctrico. Los datos de partida para el diseño básico de las
obras son los siguientes:
• Análisis de la serie histórica: a partir los datos partida: se toman las estaciones
de aforo más cercanas a la implantación de la central (deben de tenerse más de
30 años de datos de caudales medios diarios). Con los que se realiza una
análisis de las aportaciones (Hm3). La obtención de los caudales medios diarios
se realiza analizando las series obtenidas de las estaciones de aforo, pero en los
casos en los que no se disponen de esos datos es necesaria la realización de un
estudio hidrológico teórico, para determinar los caudales utilizables. Las
estaciones de aforo distribuidas a lo largo de los ríos, se registran por las
respectivas Confederaciones Hidrográficas y publicadas por el Centro De
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Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX), pertenecientes al
Ministerio de Fomento. Si no existe ninguna estación de aforo en la cuenca
donde se va a disponer el aprovechamiento hidroeléctrico y por tanto no se
disponen datos, hay que hacer un estudio hidrológico teórico, basado en datos
de precipitaciones de la zona de aforo existentes en cuencas semejantes, el cual
habrá que particularizará para cada cuenca. Estos estudios se pueden
complementar con medidas directas de caudal en una sección del río a lo largo
de un año. Para su realización, se deben recopilar y analizar las series de datos
pluviométricos disponibles, completando los periodos en los que faltan datos
utilizando métodos de correlación.
• Clasificación de los años tipos: En todo estudio, sea teórico o con datos reales,
es necesario obtener una serie anual lo suficientemente grande que incluya años
secos (65-100%), húmedos(0-35%) y normales(35-65%). Con dicha serie se
realiza una distribución estadística que tipifica los años en función de la
aportación registrada. Se obtiene el año natural más cercano al medio, al que se
le denominará año centrado.
• Curva de caudales clasificados. Una vez obtenidos los datos de caudales diarios
y tomando un año medio representativo de la distribución anterior se obtiene la
curva de caudales clasificados de la cuenca estudiada, de la que se obtiene el
caudal en función de los días del año en que se supera dicho valor. Caracteriza
muy adecuadamente, en términos adimensionales el régimen hidrológico de un
río a efectos de su aprovechamiento hidroeléctrico. Se obtendrá como resultado
el caudal de equipamiento óptimo.
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Fuente:� �������*&%�+��, �-$..$/
3.2.- Estudio Producciones:
Con los resultados del estudio hidrológico y con las características del proyecto, se
obtienen la potencia y producción media anual esperada en el año medio.
3.3.- Estudio Técnico Económico:
Se diseña un esquema general de aprovechamiento del proyecto hidroeléctrico
considerado. La definición del mismo se hace atendiendo sus componentes principales:
obra de captación, canal o túnel de conducción, tanque de carga, tubería a presión,
central hidroeléctrica (o case de máquinas).
Por último, se obtiene el cálculo de los volúmenes de obra civil. Se estimará el
presupuesto correspondiente para el proyecto utilizando precios-índice, con especial
atención al coste de los equipos electromecánicos por ser una parte muy importante en
el cómputo general.
La distribución porcentual de los costes de primera instalación de una minicentral puede
aproximarse a los expuestos en el gráfico nº1, estos han sido elaborados por IDAE a
partir de estudios de minicentrales en ejecución y explotación.
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Fuente: Elaboración propia a partir de datos del IDAE (1996).
Con base al resultado de los presupuestos, se desarrollará la evaluación económica de
cada proyecto. Se evaluará el costo del kilowatt instalado, el kilowatt-hora nivelado, así
como la relación beneficio-costo y el tiempo de recuperación de la inversión.
Con todos estos resultados es posible identificar en primera instancia la viabilidad de un
proyecto, con miras a su posible construcción.
4.- VALORES GUÍA PARA LA REALIZACIÓN DE ESTUDIOS DE VIABILIDAD
4.1.- Costes de proyecto constructivo para c.h.fluyente
En el análisis de los proyectos relativos a una muestra de centrales hidroeléctricas
fluyentes con potencias comprendidas entre los 1.500 -4.000 kW, queda patente que la
distribución de costes diferenciados en los sectores más importantes: obra civil, grupos
electro mecánicos, equipos control, posibles ampliaciones, estudios geotécnicos y todas
las labores de ingeniería necesarias para la ejecución de los mimas así como su puesta
en marcha son como a continuación se detallan.
Dentro de los costes de la obra civil, a excepción de aquellos casos en los que la obra
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de captación azud, supusiera valor mayor por dificultades del cauce o amplitud de
cerrada, en todos los casos el coste de mayor cuantía es el derivado de la ejecución del
edificio de la central.
Del análisis de los desembolsos de las distintas partidas en las que se distinguió el
conjunto del proyecto, la obra civil es la partida de mayor relevancia. Estos valores
coinciden sensiblemente con los valores expuestos en el Manual de Energías
renovables: Minicentrales Hidroeléctricas1. El aspecto que con mayor medida se
distancia con dichos resultados es el coste de la obra civil esto se debe en gran medida
que al cuantificar conjuntamente centrales fluyentes con pie de presa, se minoran los
costes de obra civil, al tratarse en los casos de centrales de pie de presa, con
instalaciones ya ejecutados, es decir la presa, con lo que el grueso de la obra civil recae
en el edificio y posteriormente en la tubería forzada.
Obra civil Gener. y mec Elec. Y Contr. Ampliaciones Geotecnia IngenieríaC.H. Nº 1 66% 21% 9% 0% 0% 4%C.H. Nº 2 36% 44% 15% 0% 0% 5%C.H. Nº 3 56% 22% 10% 7% 1% 4%C.H. Nº 4 29% 44% 15% 5% 0% 6%C.H. Nº 5 46% 36% 11% 3% 0% 3%
media 47% 34% 12% 3% 0% 4% ����������������3����������������%��'�������������� �����������������4������5��������
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1 IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) (1996). Manuales de Energías Renovables: 1 - Manual de Minicentrales Hidroeléctricas. Edición especial Cinco Días, Madrid.
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Costes Proyecto
Geotecnia0%
Ampliaciones3%
Elec. Y Contr.12%
Obra civil47%
Gener. y mec34%
Ingeniería4%
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4.2.- Precios índice para C.H.Fluyente.
De igual modo se han obtenido los valores referidos a los precios índices de cada
elemento anteriormente descrito.
Obra civil Gener. y mec Elec. Y Contr. Ampliaciones Geotecnia Ingeniería �/kW �/kW �/kW �/kW �/kW �/kW Potencia kW
C.H. Nº 1 1.060 347 138 0 4 68 1.459 C.H. Nº 2 337 414 142 0 0 43 1.380 C.H. Nº 3 891 351 156 104 11 68 1.832 C.H. Nº 4 186 281 98 34 2 37 3.936 C.H. Nº 5 717 557 176 48 3 54 3.240
media 638,53 389,82 142,04 37,11 4,11 54,06 1.266 �
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De estos valores puede obtener datos muy importantes a la hora de realizar
estimaciones del coste total de centrales hidroeléctricas fluyentes apriorísticamente,
puesto que conocida la potencia se puede obtener una inversión estimada de
aproximadamente un coste máximo de 1.266 �/kW instalado. Aunque esta cifra puede
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disminuir siempre y cuando se optimicen los elementos constitutivos de la obra civil y
mecánicos para cada caso.
4.3.- Distribución porcentual del desembolso para c.h.fluyente
De igual modo es de suma importancia a la hora de realizar el diseño del proyecto de
inversión de una central el conocimiento de la distribución anual del desembolso a
realizar. Para ello se han analizado los casos y se ha obtenido que el plazo de
ejecución es 2 años, sin embargo el desembolso que se realiza en el primer año,
corresponden a los hitos del proyecto de la ingeniería, estudio geotécnico, y primer de
la compra de turbinas. El segundo año se realiza el grueso del desembolso pues casi
se abonan la totalidad de las certificaciones de obra correspondientes a la construcción
de la misma. El tercer año es para abonar los últimos hitos de pago referentes sobre
todo a aspectos eléctricos, mecánicos y de control, como son los hitos de puesta en
marcha, entrega de documentación así como el suministro de los repuestos ofertados.
1er año 2do año 3er año 4to añoC.H. Nº 1 9% 48% 42% 0%C.H. Nº 2 50% 43% 7% 0%C.H. Nº 3 19% 52% 28% 2%C.H. Nº 4 22% 58% 20% 0%C.H. Nº 5 32% 57% 11% 0%
media 26% 52% 21% 0% ��
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26%
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5.- CONSIDERACIONES FINALES
Las minicentrales hidroeléctricas y por ende los estudios de viabilidad de las mismas
presentar un marco particular derivado de la consideración del régimen especial de
producción de energía eléctrica. Igualmente, la naturaleza de las variables barajadas
obliga a manejar herramientas estadísticas y de definición de riesgo para conseguir que
los estudios previos sean herramientas de decisión realmente útiles.
BIBLIOGRAFÍA
IDAE (2003). Eficiencia Energética y Energías Renovables, Febrero. Ministerio de
Economía. Madrid.
Ministerio de Economía (2002). Planificación de los Sectores de Electricidad y Gas.
Desarrollo de las Redes de Transporte 2002-2011. Madrid: Secretaría de Estado de
Energía, Desarrollo industrial y de la Pequeña y Mediana Empresa. Dirección General
de Política Energética y Minas.
Ruiz Girela, J y Cornide Martin-Maestro, C. (1988), ""Aplicación de la Informática a la
redacción de Proyectos de Minicentrales Hidráulicas", Energía, nº 3, Año XIV, Mayo-
Junio 1998, pp129-132.
Vitrubio, Marco (s.a), De architectura (Del principio del arte de edificar ). Traducción de
Lázaro de Velasco. Manuscrito s. XVI. Biblioteca Pública (Cáceres, ESPAÑA).
CORRESPONDENCIA
Germán Martínez Montes
Área de Proyectos de Ingeniería.- Departamento de ingeniería civil.
E. T. S. de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos.- Universidad de Granada.
Campus Universitario Fuente Nueva. C/ severo Ochoa.- 18071 GRANADA
Tel. 958 24 94 40 - Fax 958 24 61 38
e-mail: [email protected]
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