Tema 1 la generación hidroeléctrica

2-4 Jul 07 - O. Jiménez 1

Capacitación sobreCapacitación sobreProyectos HidroeléctricosProyectos Hidroeléctricos

Grupo Grupo TerraTerra22--4 Julio 20074 Julio 2007

Oscar Jiménez R., M.Sc.Ingeniero Hidráulico


TEMARIOTema 1: Generalidades sobre la generación hidroeléctrica

Tema 2: Planificación de proyectos hidroeléctricos

Tema 3: Conceptos Básicos

Tema 4: Hidrología

Tema 5: Presas

Tema 6: Conducciones (canales, túneles, tuberías)

Tema 7: Equipos electromecánicos

Tema 8: Práctica con Retscreen


Tema 1Generalidades sobre la

Generación Hidroeléctrica• Sistemas de Energía• Producción y Consumo

Mundial de Energía• Demanda de Energía

Eléctrica• Características de la

generación hidro-eléctrica


Sistemas de Energía

Extracción y Tratamiento

Energía Primaria

Tecnologías de Conversión

Tecnologías de Distribución

Energía Final

Usos Finales

Mina Carbón, pozo petrolero

Carbón, Agua, Petróleo, Solar, Eólico

Planta de generación, Refinería

Red Eléctrica, oleoductos

Electricidad


Producción de Energía Primaria

Renovables 13.1%Nuclear 6.4%Petroleo y Gas 56.4%Carbón 24.7%

Producción Energía Primaria (11,213,423 ktoe)

Geothermal, Solar, etc.

0.5%

Renew ables Fuels and Waste

10.5%Hydro2.2%

Nuclear6.4%

Gas20.7%

Crude Oil35.3%

Coal24.5%

•30 % se utiliza para producción electricidad

•12% es la producción neta de electricidad (40% eficiencia)

Fuente: International Energy Agency, 2004


Producción de Energía Total Primaria (TPES)


Pronóstico de TPES


Consumo de EnergíaConsumo de Energía (7,644,391 ktoe)

Sector Transporte

26%

Sector Industrial

27%

Uso no energético

9%

Otros Sectores38%

Fuente: International Energy Agency


Consumo Final de Energía



Fuentes de producción de electricidad (2004)

Producción de Electricidad 2004 (17,530,990 GWh)

Coal39.6%

Oil6.7%

Gas19.5%

Nuclear15.6%

Hydro16.5%

Waste0.4%Biomass

0.9%

Geothermal0.3% Solar

0.0% Other0.5%

Honduras generó 5,940 GWh en el 2006, 0.034% del total mundial.

Centroamerica 35,710 GWh, 0.20%



Producción de Electricidad



Producción de hidroelectricidad

Pais Producción Hidroeléctrica Total Capacidad Instalada Factor de

carga

China 416,700 GWh 128,570 MW 0,37Canada 356,930 GWh 68,974 MW 0,59Brazil 336,800 GWh 69,080 MW 0,56USA 289,980 GWh 79,511 MW 0,42

Russia 167,000 GWh 45,000 MW 0,42India 125,126 GWh 33,600 MW 0,43

Norway 119,000 GWh 27,528 MW 0,49Japan 88,500 GWh 27,229 MW 0,37France 56,100 GWh 25,335 MW 0,25

Centro América: 17,627 GWh - 4,061 MW - 50%


Potencial Mundial y Producción Actual de Hidroelectricidad

RegiónPotencial Teórico

Tecnicamente Factible

Económic. Factible

Producción Anual

Capacidad Instalada

% del total mundial

% del pot. Teórico

% del pot. Teórico

% económ. factible

% del total mundial

Africa 10% 44% 28% 7% 3%Asia 49% 35% 19% 22% 34%Oceanía 2% 45% 18% 39% 2%Europa 8% 32% 25% 75% 24%Norte y C. América 16% 26% 16% 70% 22%Sur América 16% 44% 26% 33% 15%Total TWh/año 39 712 14 218 8 198 2 740 721 GWTotal 100% 36% 21% 33% 100%Fuente: The Int. Journal on Hydropower & Dams, World Atlas & Industry Guide 2002

Generación hidro CA-2001=14 TWh, 0.5% de producción mundial


P.H. Río Segundo, C.R.500 kW


DEMANDA DE ENERGIA ELECTRICA

La demanda de electricidad aumenta porque:La población creceCada habitante consume más energía eléctrica (demanda per cápita)

Demanda Eléctrica y Población

0

1

2

3

4

5

6

7

1970 1990 2010 2030 2050

Mill

ones

de

hab

0

5

10

15

20

25

30

35

TWh

Demanda Unitaria

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

1970 1980 1990 2000 2010 2020

kWh

/ hab

ser

vido

Población

Demanda Eléctrica


DEMANDA DE ENERGIA ELECTRICA

La demanda per cápita de electricidad aumenta por:

La electricidad está sustituyendo otras formas de energíaConforme aumenta la riqueza de la población, aumenta la demanda por bienes y bienestarAumenta el uso de la energía en general, aun cuando la tecnología mejore la eficiencia

En términos gruesos, la tasa de crecimiento de la electricidad es aproximadamente 2 puntos más que la tasa de crecimiento de la producción (GDP)


Consumo per-cápita de electricidad

Honduras: 580 kWh/hab


P.H. Chocosuela I, CR8 MW


Carácterísticas de la generación hidroeléctrica

La hidroelectricidad es la única tecnología de generación renovable viable a gran escalaProduce cantidades despreciables de gases de invernaderoRepresenta la forma menos costosa de almacenar grandes cantidades de energíaTiene la característica que su producción se puede acomodar a lademanda de los consumidoresHidroelectricidad representa cerca del 20% de la generación eléctrica mundial Capacidad Instalada Mundial (2004): 807 GW (CA=9 GW)Bajo condiciones optimistas, la hidroelectricidad podría aportar un 28% de la generación eléctrica en el año 2020 (Eurelectric 1997)


Emisiones Atmosféricas


Emisiones Atmosféricas

Adaptado de C02 Emissions Factor from IPCC publication, www.senter.nl, Nederland

Emisiones Equivalentes de CO2

0

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400H

idro

con

emba

lse

Hid

ro fi

lo d

eag

ua Vie

nto

Sol

ar

Foto

volta

ico

Turb

ina

Die

sel

CC

Die

sel

Car

bón

Mod

erna

Mot

or A

ceite

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ado

IGC

C c

onO

rimul

sión

Turb

ina

GN

L

CC

Gas

Nat

ural

CC

GN

L

ton

CO

2 /G

Wh

Rango de valores reportados en literatura


Opción Generación Eficiencia Gases de Invernadero

(CO2+CH4) SO2 NOx CO PartículasBiomasa 25% 415 0.157 1.531 2.147 0.266Carbón 35% 1029 2.880 2.597 0.491 0.100Gas Natural 55% 589 0.583 0.655 0 0Nuclear 60 0 0.100 0 0Eólica 48 0 0 0 0Hidroeléctrica 31 0.011 0 0 0

Otras EmisionesGases asociados con

lluvia ácida

Emisiones atmosféricas en ton/GWh

Fuente: J.F. Lefebvre, Y. Guérard, J.P. Drapeau, "Non-monetary costs of generating electricity: where does hydro stand?, Hydro Review, June 1999

Porcentaje de Emisiones de hidroeléctrica con relación a CC con gas natural (Efic. 55%)

0.0%1.0%2.0%3.0%4.0%5.0%6.0%

(CO2+CH4) SO2 NOx CO Partículas


Adaptado de "Energy Payback of Electric Generation Option" Hydro-Quebec, 2000

Razón de Recuperación Energética

0

50

100

150

200

250

300

350H

idro

con

emba

lse

Hid

ro fi

lo d

eag

ua

Car

bón

mod

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Mot

or A

ceite

Pes

ado

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lear

Gas

Nat

ural

Cic

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Bio

mas

aP

lant

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Bio

mas

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sech

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ales

Vie

nto

Sol

ar

Foto

volta

ico

Ener

gía

Prod

ucid

a / E

nerg

ía In

vert

ida Opciones

Intermitentes que necesitan respaldo

Opciones de base con flexibilidad limitada

Opciones de base y punta

Rango de valores reportados en literatura


USO TERRITORIAL

Adaptado de Benign Energy? The Environmental Implications of Renewables, EIA, 1998

Intensidad Energética por Unidad Territorial

0.01 0.1 1 10 100

Cultivos Energéticos

Finca Eólica

Solar Fotovoltaico

Solar Termo

Hidro

Torre Eólica

Carbón

GWh / ha / año


COSTOS DE GENERACION

Costos de Generación Renovable

0.000.050.100.150.200.250.300.350.40

Sol

ar te

rmal

Sol

arfo

tová

ltico

Vie

nto

Geo

term

ia

Hid

roel

étric

o

$/kW

h

Fuente: Departamento de Energía, USA y elaboración propia


Costos nivelados de generación: costos variables+ costos fijos (incluye cargos financieros)

Costo NiveladoEscenario Base EIA/DOE Precios de Combustibles ($56/bbl)

0

50

100

150

200

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

Factor de Planta

2004

$/M

Wh

TG100 MMV20 CCDS250 CB250

Precios competitivos actuales: $80-90/MWh


Costos de Instalación de Hidros CA

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Potencia (MW)

US$

por

kW

Gran RegulaciónMedia RegulaciónFilo de AguaConstruidos FA

Fuente: CEAC, 2002

•Costos de instalación oscilan entre 1200 y 3000 US$/kW instalada•Los mejores proyectos están entre $1500 y $2000/kW, dependiendo del factor de planta

•Los proyectos hidroeléctricos requieren tarifas de entre $60 y $90/MWh


P.H. San Gabriel, CR200 kW

Externalidadesde la producción de electricidad


Externalidades de la producción de electricidad

Opción (énfasis en impactos globales) (énfasis en el valor de la tierra)Externo Total Externo Total

Biomasa 1.26 4.76 3.43 6.93Carbón 5.74 10.71 1.19 6.16Hidro 0.91 3.71 1.96 4.62Gas Natural 2.31 6.16 0.42 4.27Nuclear 1.4 5.67 1.26 5.53Eólico 0.28 4.48 -0.07 4.13Fuente: Lefebvre, Guérard & Drapeau, Hydro Review, June 1999

Perspectiva Macroecológica Perspectiva Microecológicoa

COSTOS EXTERNOS Y TOTALES DE GENERACIÓN (US cents/kWh)(tasa de descuento de 7% y análisis a 120 años)

0

2

4

6

8

10

12

Bio

mas

a

Car

bón

Hid

ro

Gas

Nat

ural

Nuc

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Eólic

o

US

cent

s/kW

h

Macroecol.

Microecol.


Externalidades• La hidroelectricidad genera la mayoría de sus costos

externos localmente y en un corto período de tiempo• Plantas con combustibles fósiles o nuclear extienden estos

costos externos a lo largo del tiempo y en grandes zonas geográficas

• La hidroelectricidad presenta las mejores condiciones si el análisis da importancia al desarrollo sostenible desde una perspectiva global

• Esto plantea una paradoja de la generación hidro, cual es que el peso de su desarrollo (incluyendo costos externos e internos) debe ser llevado por la presente generación para el beneficio de las futuras generaciones.

• Dado que las externalidades tienden a ser locales e inmediatas, la hidroelectricidad es vulnerable a la opinión pública, aun cuando en una perspectiva de largo plazo se revela un legado muy positivo a las futuras generaciones


CentroaméricaP.H. Río Lajas, CR11 MW


DIMENSION DEL SISTEMADIMENSION DEL SISTEMA Instalación en Centro América

Año 2005

Hidro43%

Geo5%

Otro Renov

7%

Petróleo43%

Carbón2%

Generación en Centro AméricaAño 2005

Hidro50%

Geo7%

Otro Renov

4%

Petróleo36%

Carbón3%

Generación: 34 300 GWh

Potencia: 9 000 MWCrecimiento 20 años 1985-2005: 6%

Fuente: GTPIR 2007


Precios de la energía

0

50

100

150

200

250

Dec

-97

Dec

-98

Dec

-99

Dec

-00

Dec

-01

Dec

-02

Dec

-03

Dec

-04

Dec

-05

Dec

-06

$/M

Wh

GU

ES

NI

PA


Generación por Fuente-CentroaméricaHistórico 1980-2006

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%19

75

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

% d

e ge

nera

ción

HydroThermalGeot.

Pronóstico

Fuente: Plan Indicativo Regional de Expansión de la Generación, CEAC 2002


Ranking de empresas en el MER


Muchas Gracias

P.H. Cachí, CR100 MW

Tema 1 la generación hidroeléctrica

Engineering

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