7/24/2019 Gianfranco Resume PH-Costa Rica

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Estudio de Factibilidad Pequeas Hidroelctricas Costa Rica

G.MorelliEUREC, UNIZAR, UNIKASSEL

Abstract: La CNFL (Compaa de Fuerza y Luz) espropietaria de varias PPH (Pequeas PlantasHidroelctricas), menores de 20 MW, las que vamos aasumir como Fuentes verdaderamente Renovables. Es enesta rea que se enfoca nuestro estudio. El objetivo delmismo es proponer optimizaciones en estas plantas, paragenerar un aprovechamiento mximo del recurso hdrico.

Figura 1. Turbina 1MW.Ro Segundo

Palabras Clave: Factibilidad, Hidroelctricas,Optimizacin, Turbinas, Rentabilidad.

1. INTRODUCCIN

Para validacin del mtodo de anlisis nos vamos a basaren los requerimientos de la CNFL y estudios previos de

Factibilidad as como documentacin destacada a nivelinternacional.Los Objetivos de este estudio son simples:

Definir una metodologa para abordar las mejorasa las PPH, de la manera ms ptima.

Dimensionar el equipo idneo y obras civilescomplementarias, costo-efectivas. Tanto paraequipos nuevos como a renovar.

Por ltimo aplicar la metodologa a casosconcretos antes de licitar consultoras privadas.

Desde el punto de vista general, queremos promover lasmejoras en PPH, demostrando que la modernizacin y

repotenciacin puede ser evaluada de manera rpida, es unainversin rentable y de poco riesgo; en comparacin a loslargos procesos de ejecucin y alto capital de las megarepresas.

2. METODOLOGA

La CNFL ejecuta reconstrucciones de varios proyectosdebido a los daos producto de inundaciones o

sencillamente repotencia las turbinas debido a su desgaste yenvejecimiento normal, que repercute en altos costos demantenimiento.Para tener un alcance ms amplio de los requerimientos dela compaa y el mercado local de Constructores de obrasse han estudiado consultoras previas, las cualesutilizaremos para comparar nuestra metodologa.

Los factores a utilizar para seleccionar la jerarqua de lasPPH sern los siguientes:a. Costos de O&M (Operacin y Mantenimiento)b. Vida til de las Turbinasc. Potencia Instalada

Conociendo as estas tres variables, podemos decir que amayores costos de O&M, menor vida tiles de los equiposy mayor potencia, ms alta ser nuestra prioridad deintervenir la planta con actualizaciones.Siendo as se escogieron las tres plantas mencionadas en laTabla 1. Nuestro Amo (PHH-N) y Electriona(PPH-E)para anlisis a renovacin y Ciruelas(PPH-C) afactibilidad de construccin.

Tabla 1. Caractersticas PPH

Se defini as el camino a seguir para cumplir nuestrosobjetivos, mediante el siguiente proceso:

1. Clculo del potencial Hidrulico

2. Mtodo de operacin3. Optimizacin de la Produccin4. Mtodo de clculo de Costos e Inversin5. Dimensionamiento ptimo y seleccin de turbinas6. Anlisis de Inversin

Ciruelas

(SHP-C)

Nuestro

Amo(SHP-N)

Electriona

(SHP-E)

Study Type - New Upgrade Upgrade

Average Flow Q (m3/s) 0.73 3.60 9.68

Head H (m) 92.00 179.00 79.00

Long (m) 45.00 45.00 30.00

Height(m) 7.00 7.00 10.00

Penstock Long (m) steel 559.00 736.00 100.00

Forebay/weir resVolume (m3) 23,000.00 90,000.00 5,000.00

Canal Long (m) 1,337.00 1,800.00 500.00

Power lines 20K Long (m) 1,337.00 1,800.00 500.00

Flow Rates Data - Consul tancy Consultancy Production

Weir

SHP

Fix

CharacteristicsMeasure

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3. ANALISIS DE DATOS

3.1 Clculo del Potencial Hidrulico.Debido a que no se encontr informacin disponible para laPPH-Electriona, se utiliza los datos histricos deproduccin como alternativa viable.Por otra parte las PPH-Nuestro Amo y Ciruelas presentandatos detallados de consultoras anteriores. Tal y como semuestran en la Figura 2.

Figure 2. Caudal Mensual de los Ros

3.2 Anlisis de CostosSiendo este anlisis altamente responsable de la inversindel proyecto, se decidi por un mtodo confiable. Por loque se consideraron varios estudios y metodologas, dandopor escogido la basada en Cabeza Agua y Caudal

presentada por el IDAE (Instituto Espaol deDiversificacin Energtica).

A continuacin podemos observar la comparacin delanlisis de costos entre el IDAE y los consultores locales.Mostrados en Fig.3.

Figura 3. Costos Comparativos Teortico contra Local

Algunos costos se pueden justificar, por la pocadisponibilidad de equipos cerca del rea y mano de obraespecializada, ms queda la duda de la razn de tan fuertediferencia, siendo as la respuesta fuera del alcance de estedocumento. El resumen de costos totales se muestra acontinuacin en la Tabla 4.

Tabla 4. Costos de Instalacin

Se consideraron otras Fuentes como es el IRENA(International Renewable Energy Agency).De acuerdo a lapublicacin del IRENA, los valores de la Tabla 4, seencuentran en un rango aceptable. Validando de estamanera el mtodo de costos. Y aplicando el anlisis delIDAE.

3.3 Dimensionamiento y seleccin de Equipos optimoExisten bsicamente dos configuraciones posibles para elmodelo de toma de agua: Con Almacenamiento horario o aFilo de Agua.As que cuando aplique la posibilidad se evala lasopciones:

Reserva Horaria vs. Filo de Agua Uso de Flasboards o diques momentneos.

Otro factor muy importante son las curvas de Caudal-Altura, las cuales definen el tipo de tecnologa de Turbina,como son Francis o Ossberger (Banki-Michell).

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Figura 4. Curvas Q-H

Los parmetros adoptados para las evaluaciones semuestran en la Tabla 5.

Tabla 5. Parmetros Asumidos

Se utiliza una herramienta de Excel llamada SOLVER,para realizar las iteraciones.

3.3.1 Construccin de PPH- CiruelasLas iteraciones buscarn el valor mximo financierollamado TIR (Tasa Interna de Retorno) o sus siglas enIngles IRR. A continuacin vemos los resultados para laplanta PPH-Ciruelas

Figura 5. PPH-Seleccin optima Ossberger

Figura 6. PHH-C Seleccin optima de Francis

Tabla 6. Seleccin optima de PPH-C

3.3.2 Mejoras PPH-N and PPH-EDebido a que las inversiones ms fuertes en repotenciaciny mejoras consisten en equipos electromecnicos. Vamos abasarnos en estos valores solamente para dimensionar las

turbinas ptimas.Simplificamos el mtodo de iteracin con un ndice Coste-Eficiencia (CI). Bsicamente la relacin entre costo yproduccin.

Optimal

Case

SHP-C

CI:FrancisCII:Fran-

Run-Off

CIII:Ossber

ger

CIV:Oss-

Run-Off

CV: CIV-

Flasboards

Q m3/s 1.70 0.90 1.70 1.00 1.00

# UNITS 1 1 1 1 1

Power KW 1,187.54 628.70 1,187.54 698.55 698.55

MWh/year 4,037.51 3,038.80 4,150.97 3,521.33 3,458.53

Incomes T$ 389.37$ 258.86$ 407.00$ 300.03$ 309.73$

Electro-

mechanicCostsT$

682.99$ 691.63$ 965.46$ 743.06$ 743.06$

Civil Works

Costs T$3,537.46$ 1,859.65$ 3,356.98$ 1,921.78$ 1,944.28$

Total Costs

T $4,220.45 2,551.28$ 4,322.44 2,664.85$ 2,687.35$

PI 0.85 1.25 0.93 1.75 1.86

IRR 6.2% 7.6% 6.5% 9.1% 9.4%

NPV 2,857.44$ 2,558.14$ 3,217.25$ 3,720.92$ 4,005.60$

Pay Back 17.00 14.00 16.00 12.00 12.00

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Tabla 7. Seleccin ptima para PPH-N

Finalmente vemos que los resultados en las tablas 7 y 8, enlos casos estudiados, muestran que la Turbina Ossbergerpresenta ventajas sobre la Francis, tal es el caso demaximizar la produccin, especialmente en la poca seca,sin mencionar que esta turbina se considera auto limpiable,lo que reducir los paros de mantenimiento, debido al granproblema que existen a nivel local de contaminacin en los

ros. Las turbinas Ossberger son poco utilizadas enterritorio nacional, ms la rentabilidad vale la pena elriesgo.

Tabla 8. Seleccin optima PPH-E

3.4 Anlisis de InversinDebido a que la CNFL, debe comprar la energa que noproduce y distribuye, se debe definir una prioridad en losProyectos de inversin para garantizar el bien de losconsumidores. Por lo que evaluaremos el ndice derentabilidad (PI) o conocido como Relacin Costobeneficio. Se muestra en tabla 9.

Tabla 9. Selection optima de Proyectos

Los resultados son muy favorables, para el caso derenovacin o repotenciacin de las plantas. No tanto para laconstruccin de pequeas plantas como el caso de Ciruelasde tan solo 1 MW, y con un recurso hdrico limitado.

4. CONCLUSIONES

1. La configuracin Filo de Agua, disminuye loscostos iniciales en un 20%, adems sus altos costos;asociados a mantenimiento, esto debido a la contaminacinde basura producto las ciudades e inundaciones quearrastran material hacia el ro. Principalmente la Cuenca delVirilla.

2. La Inversin entre las turbinas Francis yOssberger, son muy similares. La razn principal enseleccionar una Ossberger vs Francis es debido a laproduccin y no a su inversin inicial.

3. Es bien conocido que la redundancia de turbinas

genera confiabilidad en la produccin y minimiza losriesgos. Debido a que un alto % de los ingresos porelectricidad se deben Potencia Mantenida, la estrategia msviable es siempre la instalacin de dos turbinas comomnimo. El sistema gemelo es el ms coste-efectivo.

4. El uso de Flashboards no mejora larentabilidad de PPH-E y PPH-N. La razn principal esque Electriona posee un caudal muy alto y Nuestro Amo,una alta capacidad de reserva, minimizando el efecto de losdiques provisionales.5. La seleccin optima de PPH-C muestra que paraun ro con tan poco caudal, la mejor opcin es evitar altos

costos asociados a obra civil en su lugar aplicar mejoratecnolgicas, como las presentadas por TurbinasOssberger con amplios rangos de trabajo y adicionalutilizar Flashboards.

6. Repotenciacin y Mejoras en PPH, presenta unagran oportunidad de inversin, por su alta rentabilidad. Poresta razn se debe considerar esta opcin previa a cualquieriniciativa de Construccin en nuevas Plantas.