U1.0 Sistemas Electricos - registrocdt.cl1].0_Sistemas_Electricos_2.pdf4 U1 - Tecnologías y...

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Universidad de las Américas

Tecnologías y Sistemas Eléctricos

Unidad 1Sistemas Eléctricos

U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos 2

Programa

PROGRAMA DE LA UNIDAD

- Sistema Eléctrico Chileno.- Reseña histórica.- Tecnologías de generación eléctrica.

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Composición del Sistema Eléctrico Chileno

Generación = 11,424 GWhCapacidad instalada = 3,642 MWDemanda máxima = 1,467 MWPoblación = 5.7%

Generación = 33,708 GWhCapacidad Instalada = 6,996 MWDemanda máxima = 5,162 MWPoblación = 92.7%

Generación = 276 GWhCapacidad Instalada = 101 MWDemanda máxima = 53 MWPoblación = 1.7%

Generación = 45,408 GWhCapacidad instalada = 10,731 MWDemanda maxima = 6,782 MWPoblación = 15 millones

SantiagoSantiago

AntofagastaAntofagasta

PuntaPuntaArenasArenas

SICSIC

SINGSING

TOTALTOTAL

24.3%

75%

AysenAysen + + MagallMagallSystemSystem 0.7%


Reseña histórica

RESEÑA HISTÓRICA

- Composición del sistema eléctrico chileno- Historia de la generación en Chile (SIC).- Evolución de las principales empresas de generación.- Evolución del Plan de Obras.

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Reseña histórica

Historia del Sistema Interconectado Central (SIC)

Extensión : III Región hasta Los Lagos, incluyendo Chiloéque se enlaza por cable aéreo.

Comienzos:

- 03/sep/1883, inauguración del primer tranvía eléctrico que circuló en Santiago (Chivilingo).

- 1883, fue inaugurado el primer alumbrado eléctrico por un empresario que instaló un dínamo accionado con un motor a gas en pleno centro de la capital (Plaza de Armas, el pasaje Matte y ciertos comercios céntricos).

En adelante, la transformación del potencial hidráulico de los ríos chilenos desde la molienda del trigo y en algunas fábricas, a la sustitución de las ruedas hidráulicas por las turbinas generadoras de electricidad.


Reseña histórica

- 1897, construcción de la primera central hidroeléctrica chilena para las minas de carbón de Lota, en Chivilingo. Con esta electricidad se iluminaron las minas de Lota y se hicieron funcionar los elevadores y las bombas de agua.

El desarrollo urbano de Santiago estimuló la instalación de tranvías eléctricos, proyecto desarrollado por empresas británicas (gestión y funcionamiento se encargó en 1897 la empresa Parrish and Brothers, de Londres). En 1899 la red fue transferida a la empresa Tramway and Light Co., también con sede en Londres.

En aquella época, la corriente generada era continua y no podía trasladarse a grandes distancias, debido a las pérdidas por resistencia de los cables. Por ello, las centrales eléctricas se construyeron cerca de las áreas de consumo.

Central Chivilingo

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Reseña histórica

- 1900, puesta en servicio de la central a carbón Mapocho destinada a la red de tranvías. Se trataba de una central termoeléctrica.

La tecnología hizo su aporte para transformar la corriente de continua en alterna. Eso se logra elevando su potencial y disminuyendo la intensidad, con lo cual se minimizan enormemente las pérdidas de conducción.

-1905, cerca de Valparaíso se instala la central El Sauce, la primera hidroeléctrica con alternadores del país.

- 1909, inauguración de la central Florida.

Dichas obras estaban destinadas a abastecer la demanda urbana de Santiago y de Valparaíso: alumbrado público, uso doméstico y energía industrial. Otras ciudades menores emularon a la capital y a la ciudad portuaria e introdujeron sus propias redes eléctricas.

- 1905 se fundaría la Compañía General de Electricidad (CGE) para aprovechar los saltos de agua de la región del Biobío y Concepción.

La electricidad tuvo su mayor auge en la década de 1920. Las ciudades se electrificaron. Incluso las viviendas más humildes tenían luz eléctrica.


Reseña histórica

Las mineras del cobre y del salitre la utilizaban cada vez más. La noche chilena se iluminaba con decenas de miles de luces incandescentes. Fue el tiempo propicio para crear numerosas empresas.

En 1920 se fundó una empresa eléctrica chileno- . estadounidense, la Compañía Nacional de Fuerza Eléctrica (Conafe), y se construyó la hidroeléctrica de Maitenes, en el río Colorado, afluente del Maipo. Seis años después se creó la Sociedad Austral de Electricidad (Saesa) en la región de Arauco, cuyos principales centros de consumo fueron Puerto Montt y, a partir de 1928, Osorno. Más tarde Saesa se introdujo en la Región de Los Lagos.

La incidencia social de la electricidad motivó la intervención de los poderes públicos, que regularon el uso y la producción, fijando normas de seguridad y estableciendo un sistema de concesiones a las empresas mediante licitación pública. Esta tarea se le encargó a la Dirección de Servicios Eléctricos y de Gas, ente estatal, en funcionamiento desde 1925 (DL-252).

Central Maitenes

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Reseña histórica

En 1928 se inauguró la central hidroeléctrica de Queltehue y se perfeccionó la interconexión entre las dos redes principales,las de Santiago y Valparaíso. En la capital, la vieja central térmica de la calle Mapocho fue reconvertida a corriente alterna. Pese a los avances, hasta fines de 1939 Chile era uno de los países menos desarrollados en cuanto al uso de la electricidad. La situación empezó a cambiar cuando ese mismo año se crea la Corporación de Fomento de la Producción (CORFO), entidad estatal que planificó la electrificación sistemática del país.

Para desarrollar el plan de electrificación, la Corfo impulsó la creación de la Empresa Nacional de Electricidad (Endesa),en 1944, con el fin de optimizar los recursos hidroeléctricos. Para concretarlo, el país fue dividido en siete regiones eléctricas, de acuerdo con los recursos generadores de cada una, considerando la situación geográfica de los ríos y la naturaleza de sus regímenes y, además, analizando las

Lago Laja

Central Abanico


Reseña histórica

condiciones del momento y las futuras en el desarrollo del consumo de energía eléctrica.

Aunque Chile es un país deficitario en recursos energéticos, dispone de un notable potencial hidroeléctrico que entonces se hallaba bastante sub-utilizado. Por este motivo, Endesa comenzó la construcción de grandes centrales hidroeléctricas: en 1944 Pilmaiquén (X Región); en 1948 Sauzal (VI región), y Abanico (VIII Región), y en 1952 Los Molles (IV Región).

Además se pusieron en funcionamiento diversas plantas termoeléctricas en Antofagasta, Copiapó, Ovalle, La Serena y Punta Arenas, entre otras.

A finales de la década de 1950 e inicios de 1960, Endesaprosiguió la construcción de centrales hidroeléctricas: en 1955se inauguró Cipreses y en 1959, Sauzalito. En 1962, entre los lagos Calafquén y Panguipulli, se construyeron las centrales de Sauzal y Pullinque.

Central Sauzalito

Central Bocamina

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Reseña histórica

Además, se instalaron líneas de alta tensión de 110 kW que permitieron la interconexión de los diferentes subsistemas eléctricos.

El abastecimiento de la región central había quedado obsoleto y sobrecargado. Para afrontar el problema, la Compañía Chilena de Electricidad (Chilectra) construye las centrales térmicas de Renca en 1962, y Ventanas 1, en 1964. Entre 1960 y 1970 se construyeron grandes hidroeléctricas: en 1968 se inauguró Rapel de 375 MW, Bocamina en 1970, de 128 MW, y en 1973 El Toro, de 450 MW (VIII región). Dos nuevos gigantes empezaron a generar electricidad en la década de los 80: Antuco, con 320 MW, y Colbún-Machicura (470 MW + 95 MW).

A partir de 1981, mediante el proceso de privatización de las empresas Estatales fueron reestructuradas y privatizadas entre los años 1983 y 1987, cumpliendo claros roles de generación y distribución. Entre las primeras se cuentan los

Central Rapel

Central Machicura


Reseña histórica

casos de AESGener, Endesa y Colbún y entre las segundas Chilectra y Chilquinta.

Entre 1991 y 1997, en la cuenca del Maule (VII región) entra en servicio la serie hidráulica Curillinque-Loma Alta-Pehuenche (85MW + 38MW + 560MW). En 1995, Ingresa al SIC la central a carbón Guacolda (300 MW), ubicada en el pueblo de Huasco. En 1996 la central Pangue (450 MW), comenzó a producir energía y un año más tarde ingresan al sistema las centrales de cogeneración de la empresa Arauco Generación (53 MW).

A partir de 1997, se introduce una tecnología más eficiente que las ya conocidas, los ciclos combinados. De esta manera, en 1997 entra en servicio la central Nueva Renca (379 MW), la primera en su tipo, luego San Isidro (379 MW) en 1998 y finalmente Nehuenco I (370 MW) en 1999.

Central Ventanas

Central Pangue

Central Arauco

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Reseña histórica

Los proyectos desarrollados en adelante han sido basados en la disponibilidad de gas natural, tales como las turbinas de Taltal (2 x 120 MW), Turbina Nehuenco 9B (120 MW) y el ciclo combinado Nehuenco II (384 MW), como también de origen hidráulico, Mampil, Peuchén y el gran mega proyecto hidráulico Ralco (570 MW) puesto en servicio en septiembre de 2004.

Central San Isidro

Central PeuchénCentral Ralco


Reseña histórica

Pese al gran desarrollo en plantas generadoras, las características del territorio chileno, con sus enormes distancias de norte a sur, han impedido la integración de los diversos sistemas eléctricos.

En la actualidad existe cuatro sistemas eléctricos, pero los dos más importantes son el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING), basado fundamentalmente en centrales termoeléctricas, y el Sistema Interconectado Central (SIC) con aporte hidro-térmico. Los dos restantes funcionan en la zona sur y en la más austral.

El SING se encuentra en las regiones de Tarapacá y Antofagasta, cuya propiedad es privada. La participación se compone de: Celta (180 MW), Edelnor (723 MW),Electroandina (1.029 MW), AESGener (623 MW),GasAtacama (781 MW) y Norgener (277 MW).

CELTA5.0%

EDELNOR19.9%

AES GENER17.7%

GASATACAMA21.5%

NORGENER7.6%

ELECTROAN28.3%

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Mercado Eléctrico Chileno

MERCADO ELÉCTRICO CHILENO (SIC)

- Sistemas interconectados (SIC-SING-otros)- Cadena de suministro (Generación - Transmisión - Distribución -

Clientes).- Organismos Estatales que participan en el mercado.- Normativa eléctrica.



De acuerdo con la política económica que se aplica en el país, las actividades de generación, transporte y distribución de electricidad son desarrolladas en Chile por el sector privado, cumpliendo el Estado una función reguladora, fiscalizadora y subsidiaria. Es decir, las empresas tienen una amplia libertad para decidir acerca de sus inversiones, la comercialización de sus servicios y la operación de sus instalaciones, siendo por tanto responsables por el nivel de servicio otorgado en cada segmento, en cumplimiento de las obligaciones que imponen las leyes, reglamentos y normas que en conjunto componen el marco regulatorio del sector.

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Generación

Este segmento está constituido por el conjunto de empresas eléctricas propietarias de centrales generadoras de electricidad, transmitida y distribuida a los consumidores finales. Este mercado se caracteriza por ser competitivo, con claras deseconomías de escala en los costos variables de operación y en el cual los precios tienden a reflejar el costo marginal de producción.

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Matriz Energética del SIC - 2003

Embalse Pasada Diesel Carbón Gas Desecho forestal



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Matriz Energética del SING - 2003


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Matriz Energética de Chile - 2003




Suministradores de electricidad

SIC

• Endesa• Pehuenche• San Isidro• Colbún• Aes-Gener• Guacolda• Eléctrica Santiago• Arauco Generación• Otros (Pilmaiquén, Pullinque, • HGV-HASA, Petropower, etc..)

SING

• Celta• Edelnor• Electroandina• Aes-Gener• Gas Atacama• Norgener

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0%

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SING SI

C

Participación de mercado por Grupo Económico - 2003

OTROS AES Gener S.A. ENDESA COLBÚN SA Tractebel



Transmisión

El sistema de transmisión corresponde al conjunto de líneas, subestaciones y equipos destinados al transporte de electricidad desde los puntos de producción (generadores) hasta los centros de consumo o distribución. En Chile se considera como transmisión a toda línea o subestación con un voltaje o tensión superior a 23.000 Volts. Por Ley, las tensiones menores se consideran como distribución.

La transmisión es de libre acceso para los generadores, es decir, estos pueden imponer servidumbre de paso sobre la capacidad disponible de transmisión mediante el pago de peajes.

En el sistema de transmisión se puede distinguir el sistema troncal (conjunto de líneas y subestaciones que configuran el mercado común) y los sistemas de subtransmisión (que son aquellos que permiten retirar la energía desde el sistema troncal hacia los distintos puntos de consumo locales).

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Distribución

Los sistemas de distribución están constituidos por las líneas, subestaciones y equipos que permiten prestar el servicio de distribuir la electricidad hasta los consumidores finales, localizados en cierta zona geográfica explícitamente limitada. Las empresas de distribución operan bajo un régimen de concesión de servicio público de distribución, con obligación de servicio y con tarifas reguladas para el suministro a clientes regulados. Estas empresas operan en su zona de concesión sin que exista posibilidad de competencia, dado que son monopolios naturales.



Clientes

Los consumidores se clasifican según la magnitud de su demanda en:

1. Clientes regulados: Consumidores cuya potencia conectada es inferior o igual a 500 kilowatts; y

2. Clientes libres o no regulados: Consumidores cuya potencia conectada es superior a 500 kW. No obstante, los suministros a que se refiere el numeral anterior podrán ser contratados a precios libres cuando ocurra alguna de las circunstancias siguientes: cuando se trate de servicio por menos de doce meses; cuando se trate de calidades especiales de servicio.

A nivel nacional, los clientes no regulados representaron cerca del 54% del consumo total de energía del año 2003.

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05,000

10,00015,00020,00025,00030,00035,000

SIN

G

SIC

AY

SÉ

N

MA

GA

LLA

NE

S

Ventas por tipo de cliente - 2003

Regulados Industriales



La coordinación de la operación de las centrales generadoras es efectuada en cada sistema eléctrico por un Centro de Despacho Económico de Carga (CDEC), organismo conformado por las principales empresas de generación. El CDEC es el encargado de planificar la operación óptima del sistema y de valorar económicamente las transferencias de energía que se producen entre todos los generadores.

Generación

Transmisión

Clientes libres

Distribuidoras

Cooperativas

Flujo de energía

Ente coordinador de la operación

(CDEC-SIC)

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Los organismos del Estado que participan en la regulación del sector eléctrico en Chile son principalmente:

• Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción,

• Comisión Nacional de Energía (CNE),

• Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC),

• Comisión Nacional del Medioambiente (CONAMA),

• Superintendencia de Valores y Seguros (SVS),

• Municipalidades y

• los organismos de defensa de la competencia.

La SEC, la SVS, y los organismos de defensa de la competencia cumplen además un rol fiscalizador.



Comisión Nacional de Energía (CNE)

Es una persona jurídica de derecho público, funcionalmente descentralizada y autónoma, que se relaciona directamente con el Presidente de la República. Su función es elaborar y coordinar los planes, políticas y normas necesarias para el buen funcionamiento y desarrollo del sector energético nacional, velar por su cumplimiento y asesorar a los organismos de Gobierno en todas aquellas materias relacionadas con la energía.

Particularmente en el sector eléctrico, la CNE es responsable de diseñar las normas del sector y de calcular los precios regulados que la legislación ha establecido ( informes técnicos). Actúa como ente técnico, informando al Ministerio de Economía cuando se plantean divergencias entre los miembros de los Centros de Despacho Económico de Carga (CDEC), a objeto que dicho ministerio resuelva.

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El Ministerio de Economía,

Fomento y Reconstrucción

Es el Ministerio encargado de fomentar la modernización de la estructura productiva del país, el fortalecimiento y expansión de la economía chilena y su inserción activa en los mercados internacionales. Con este objetivo implementa mecanismos destinados a corregir las distorsiones de los mercados y a ampliar su transparencia.

En el sector eléctrico es el encargado de fijar las tarifas de distribución eléctrica, los precios de nudo y de resolver los conflictos entre los miembros de los CDEC, en todos los casos, previo informe de la CNE. Además, otorga las concesiones definitivas previo informe de la SEC.



La Superintendencia de Electricidad

y Combustibles (SEC)

Es el organismo encargado de fiscalizar y supervigilar el cumplimiento de las leyes, reglamentos y normas técnicas sobre generación, producción, almacenamiento, transporte y distribución de combustibles líquidos, gas y electricidad.

La SEC es el responsable técnico de otorgar concesiones provisionales y de informar al Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción sobre las solicitudes de concesión definitivas que se refieran a distribución de electricidad y a la instalación de centrales hidráulicas, subestaciones eléctricas y líneas de transmisión (la solicitud de concesión definitiva no es obligatoria en estos últimos tres casos). Asimismo, la SEC es responsable de verificar la calidad de los servicios prestados.

La SEC es un organismo descentralizado, regido por la Ley Nº18.410, de 1985, que se relaciona con el Gobierno por intermedio del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción.

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La Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA)

La CONAMA es la institución del Estado que tiene como misión promover la sustentabilidad ambiental del proceso de desarrollo y coordinar las acciones derivadas de las políticas y estrategias definidas por el gobierno en materia ambiental. Esta actúa como órgano de consulta, análisis, comunicación y coordinación en materias relacionadas con el medio ambiente. Asimismo, es la encargada de administrar el sistema de evaluación de impacto ambiental a nivel nacional, coordinar los procesos de generación de las normas de calidad ambiental y determinar los programas para su cumplimiento.

La Comisión Nacional del Medio Ambiente es una institución dependiente del Ministerio Secretaría General de la Presidencia y se rige por la Ley Nº19.300, de 1994.



Superintendencia de Valores y Seguros (SVS)

Es el organismo encargado de fiscalizar el cumplimiento de las leyes, reglamentos y normas que rigen a las personas que emiten o intermedian valores de oferta pública, las bolsas de valores, los fondos mutuos, las sociedades anónimas y las empresas de seguros.

La SVS es una institución autónoma, regida por el Decreto Ley Nº3.538, de 1980, que se relaciona con el Gobierno a través del Ministerio de Hacienda.

Los Organismos de Defensa de la Competencia

Son los encargados de prevenir, investigar y corregir los atentados a la libre competencia y los abusos en que puede incurrir quien ocupe una posición monopólica. Tales organismos son: a) las Comisiones Preventivas Regionales; b) la Comisión Preventiva Central; c) la Comisión Resolutiva; y d) la Fiscalía Nacional Económica. Todos ellos se rigen por el Decreto Ley Nº211, de 1973, refundido por el Decreto Nº511, de 1980.

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Las Municipalidades

Las municipalidades participan en la regulación del sector eléctrico otorgando los permisos para que las líneas de transporte de electricidad no sujetas a concesión crucen las calles, otros bienes nacionales de uso público u otras líneas eléctricas.

Además, en el caso de los sistemas eléctricos con capacidad instalada menor a 1.5 MW, las municipalidades negocian con las empresas concesionarias de distribución respectivas las tarifas y la calidad del suministro.

Los Centros de Despacho Económico de Carga (CDEC)

Son organismos sin personería jurídica, integrados por las principales empresas generadoras de cada sistema eléctrico, que regulan el funcionamiento coordinado de las centrales generadoras y líneas de transmisión que funcionan interconectadas en el correspondiente sistema eléctrico. Se rigen por el Decreto Supremo Nº327 de 1998, del Ministerio de Minería.



La actual normativa que rige al sector eléctrico se compone de:

Ley General de Servicios Eléctricos (DFL-1/82)Preservar la seguridad del servicio en los sistemas eléctricos.Garantizar la operación más económica para el conjunto de las

instalaciones del sistema eléctrico.Garantizar el derecho de servidumbre sobre los sistemas de transmisión

establecidos mediante Concesión.

Decreto Supremo 327- Reglamento de la Ley General de Servicios Eléctricos (sep-98)

• Normas técnicas para Instaladores- Normas técnicas para trabajar en electricidad- Código eléctrico (NCH 2/84, NCH 4/84, NCH 10/84)

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Normas para Instaladores

- NCH 2/84, Elaboración y presentación de proyectos, - NCH 4/03, Instalaciones interiores en baja tensión,- NCH 10/84, Trámite para puesta en servicio de una instalación interior,- NSEG 03, Normas técnicas sobre medidores,- NSEG 05, Reglamento de instalaciones eléctricas de corrientes fuertes,- NSEG 06, Cruces y paralelismos de líneas eléctricas,- NSEG 09, Alumbrado público en sectores urbanos,- NSEG 13, Recubrimientos a base de pinturas para cajas metálicas de empalmes eléctricos y similares,- NSEGTEL 14, Empalmes aéreos trifásicos,- NSEG 16, Especificaciones de transformadores de distribución 13,2 kV, - NSEG 20, SS/EE transformadoras interiores,- NSEG 21, Alumbrado público en sectores residenciales,- NCH 32/85, Sistemas de medida para tarifas horaria BT4, caso monofásico,- NCH 32/85, Sistemas de medida para tarifas horaria BT4, caso trifásico.


Mercado Eléctrico

Servicios ofrecidos

Energía activaPotencia activa

Servicios complementarios (en estudio)

Energía reactivaRegulación de tensiónRegulación de frecuencia primariaRegulación de frecuencia secundariaReserva en giroReserva prontaPartida autónomaEstabilidad de la red

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Mercado Eléctrico

energía

potencia

MW

hrs



G4

G2

ED2G3

sistema transmisión

G5

G1Emp. Gen. 1

Emp. Gen. 2IndustriasPot > 0,5 MW Industrias

Pot < 0,5 MW

Consumidores

Cada Industrial que sea suministrado desde un sistema interconectado puede contratar el suministro de energía y potencia eléctrica a distintos tipos de oferentes conectados al sistema:

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Precio de la energía en el mercado spot (CMg)

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10.0

20.0

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1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

[$/k

Wh]



Sistema tarifario precioregulado (Generación)

SUMINISTROELECTRICO

CLIENTESCON P> 2 MW

PRECIO LIBRE

OTRAS EMPRESAS DISTRIBUIDORAS

- PRECIO REGULADO =PRECIO DE NUDO +

RECARGOS POR TRANSMISION Y

TRANSFORMACION

CLIENTESCON P<= 2 MW

PRECIO REGULADO

CLIENTESCON P<= 2 MW

PRECIO REGULADO

CARGO POR ENERGIAY POR POTENCIA

CARGOFIJO

- MEDIDA E- MEDIDA E,DM- MEDIDA E,DH

OTROSCARGOS

- MAL FACTORDE POTENCIA- DISTANCIA

- VOLTAJE DEMEDIDA

TARIFAS BT-1, BT-2, BT-3, BT-4, AT-2, AT-3, AT-4

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Sistema tarifario precioregulado (Distribución)

• Costos fijosgastos de administración, facturación, lectura de medidores y reparto de boletas, cobranzas

• Pérdidas medias de energía y potencia• Costos estándares de inversión, operación y mantenimiento

(asociados a la distribución por unidad de potencia suministrada)

CARGO POR ENERGIAY POR POTENCIA

VALORES AGREGADOS DEDISTRIBUCIONPRECIOS DE NUDO

- COSTOS FIJOS- PERDIDAS DE ENERGIA

Y POTENCIA- COSTOS ESTANDARES DE

INVERSION, OPERACION Y MANTENIMIENTO

RECARGOS PORTRANSMISION YTRANSFORMACION

precios de generación-transporte


Tecnologías de generación

TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN

- Centrales térmicas (Central a carbón, Central a petróleo/diesel, Central que utiliza biomasa, Turbina a gas, Central a Ciclo Combinado)

- Centrales hidráulicas (Centrales con estanques de regulación, Centrales de pasada)

- Otras centrales (Centrales de bombeo, Centrales nucleares, Generación eólica, mareomotriz, etc.)

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Centrales Térmicas

- Central a carbón- Central a petróleo/diesel- Central que utiliza biomasa- Turbina a gas- Central a Ciclo Combinado

•Centrales Hidráulicas

- Centrales de pasada,- Centrales con estanques de regulación,- Generación eólica (Magallanes).

•Otras centrales (No en Chile)

- Centrales de bombeo, nucleares, mareomotriz, etc.



Centrales Térmicas

Usan el calor para producir electricidad. Calientan una sustancia, que puede ser agua o gas, los cuales al calentarse salen a presión y mueven turbinas y entonces el movimiento se transforma. Como ya hemos visto, para alimentar una central termoeléctrica se pueden usar muchas fuentes energéticas: carbón, petróleo, gas natural, energía solar, geotérmica o nuclear, biomasa. Estas son las utilizadas principalmente en Chile:

1. Centrales térmicas a vapor. En este caso, se utiliza agua en un ciclo cerrado (siempre es la misma agua). El agua se calientaen grandes calderas, usando como combustible el carbón, gas, biomasa, etc. La turbina se mueve debido a la presión del vapor de agua, y su energía cinética es transformada en electricidad por un generador.

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Central Térmica 1. Caldera. En la caldera de una central térmica se quema el combustible (carbón, fuel-oil o gas) y así la energía química contenida se transforma en calor. Esta energía calorífica se utiliza para transformar el agua en vapor a alta temperatura y presión (alrededor de 170 bar y 540 ºC). Los gases generados por la combustión se escapan de la caldera y antes de ser emitidos a la atmósfera son tratados por los equipos de reducción de emisiones.

2. Combustible. El combustible consumido puede ser sólido (carbón), líquido (fuel-oil o gas-oil) o gaseoso (gas natural). Al quemar el combustible en la caldera, se transforma la energía química de éste en energía térmica.

3. Turbina de vapor. El vapor producido en la caldera mueve los álabes haciendo girar la turbina. De esta forma, la energía contenida en el vapor se transforma a energía mecánica de rotación. La turbina está acoplada al alternador.

4. Alternador. Está acoplado a la turbina de vapor y es movido por ésta. Su función es convertir la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica.



Central Térmica 5. Transformador. El transformador eleva la tensión de la energía eléctrica generada en el alternador (normalmente entre 6 y 20 kV) hasta la tensión de la red de transporte (110, 220 o 500 kV).

6. Red eléctrica. La red eléctrica recibe la electricidad de las centrales generadoras y la transporta hasta los puntos de consumo.

7. Condensador. El vapor que ha cedido su energía a la turbina es dirigido al condensador, donde pasa de nuevo al estado de agua líquida antes de incorporarse de nuevo al ciclo. Para condensar el vapor se utiliza como foco frío agua de mar, de un río, de un pozo o bien un circuito cerrado refrigerado por aire mediante una torre de refrigeración.

8. Bomba. La bomba asegura la circulación del agua de refrigeración entre el condensador y la fuente fría.

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Central Térmica 9. Equipo de reducción de emisiones. En las centrales térmicas, antes de que los gases de combustión procedentes de la caldera sean emitidos por la chimenea, son tratados para captar los elementos contaminantes. Las centrales disponen de precipitadores electrostáticos, que captan mediante campos eléctricos (con rendimientos superiores al 99%) las partículas de cenizas de los gases de combustión. Algunas centrales disponen de plantas de desulfuración de gases. En éstas se somete a los gases a una especie de “lavado”para captar el óxido de azufre, que mediante una reacción química se transforma en yeso.

10. Chimenea. Una vez tratados por los equipos de reducción de emisiones, los gases de combustión (en su mayoría CO2) son evacuados a la atmósfera por la chimenea, de forma que se asegure una dispersión suficiente.

11. Torre de refrigeración. Su función es enfriar el agua del circuito de refrigeración. El aire recorre al interior de la torre en sentido ascendente, enfriando el agua que cae en sentido contrario en forma de gotas, como si se tratara de una ducha.



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2. Centrales térmicas a gas. En vez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calienta utilizando diversos combustibles (gas, petróleo o diesel). El resultado de esta combustión es quegases a altas temperaturas movilizan a la turbina, y su energía cinética es transformada en electricidad.

• Compresor comprime aire desde la atmósfera.

• Quema de combustible en cámara de combustión.

• Gases se expanden en etapa de alta presión.

• Generan movimiento de la turbina y a su vez electricidad

• Gases a la atmósfera.

Ciclo Combinado (n=35%)



Turbina a gas

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3. Centrales de ciclo combinado. Utilizan dos turbinas, una a gas y otra a vapor. El gas calentado moviliza a una turbina y luego calienta agua, la que se transforma en vapor y moviliza, a su vez, a una segunda turbina.



Ciclo Combinado (n=55%)• Compresor comprime aire desde la atmósfera.

• Quema de combustible en cámara de combustión.

• Gases se expanden en etapa de alta presión.

• Generan movimiento de la turbina y a su vez electricidad

• Gases se recuperan y se reutilizan para generar vapora alta presión. Generan movimiento de una nueva turbina y escapan a la atmósfera.

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Ciclo Combinado 1. ERM. El gas natural llega a la central por el gasoducto y pasa a través de la Estación de Regulación y Medida. En ella se eliminan eventuales impurezas del gas y se mide la cantidad y calidad (poder calorífico) de gas que entra a la central. Por otra parte, se regula la presión de forma que sea adecuada para el funcionamiento de la turbina a gas (entre los 30 y 45 atm, según el fabricante)

2. Turbina a gas. El compresor de la turbina a gas aspira aire y lo comprime para inyectarlo en la cámara de combustión, donde participa en la combustión de gas natural. Los gases producidos se encuentran a alta presión (30 bar) y temperatura (1300 ºC) y ceden su energía a los álabes de la turbina que mueven a su vez el alternador. Los gases de escape de la turbina, aunque se encuentran a presión atmosférica, todavía conservan una elevada temperatura (650 ºC), y son dirigidos a la caldera de recuperación para aprovechar su energía calorífica.

3. Casa de filtros. El aire es aspirado hacia el compresor pasa a través de una serie de baterías de filtros donde es limpiado para eliminar las partículas que transporta.



Ciclo Combinado 4. Alternador. Está acoplado a la turbina de gas y es movido por ésta. Su función es convertir la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica.

5. Transformador. El transformador eleva la tensión de la energía eléctrica generada en el alternador (normalmente entre 6 y 20 kV) hasta la tensión de la red de transporte (110, 220 o 500 kV).

6. Red eléctrica. La red eléctrica recibe la electricidad de las centrales generadoras y la transporta hasta los puntos de consumo.

7. Caldera de recuperación. Los gases de escape de la turbina transmiten su energía al agua que recorre haces de tubos situados en la caldera, transformándola en vapor, que serádirigido a la turbina de vapor.

8. Turbina de vapor. El vapor producido en la caldera mueve los álabes haciendo girar la turbina. De esta forma, la energía contenida en el vapor se transforma a energía mecánica de rotación. La turbina está acoplada al alternador.

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Ciclo Combinado 9. Alternador. Está acoplado a la turbina de vapor y es movido por ésta. Su función es convertir la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica.

10. Condensador. El vapor que ha cedido su energía a la turbina es dirigido al condensador, donde pasa de nuevo al estado de agua líquida antes de incorporarse de nuevo al ciclo. Para condensar el vapor se utiliza como foco frío agua de mar, de un río, de un pozo o bien un circuito cerrado refrigerado por aire mediante una torre de refrigeración.

11. Bomba. La bomba asegura la circulación del agua de refrigeración entre el condensador y la fuente fría.

12. Torre de refrigeración. Su función es enfriar el agua del circuito de refrigeración. El aire recorre al interior de la torre en sentido ascendente, enfriando el agua que cae en sentido contrario en forma de gotas, como si se tratara de una ducha.



Ciclo Combinado LNG

Prácticamente no existe diferencia tecnológica para la utilización de Gas Natural Licuado para la generación de energía eléctrica debido que este es sólo un estado para el transporte y almacenamiento del mismo.

RESERVAS DE GAS DISPONIBLESPARA EXPORTACION

PERU

ARGENTINA

BOLIVIA

VENEZUELA

F

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Centrales Hidráulicas

Utilizan la fuerza y velocidad del agua corriente para hacer girar las turbinas. Las hay de dos tipos: de pasada (que aprovechan la energía cinética natural del agua corriente de los ríos) y de embalse (el agua se acumula mediante represas, y luego se libera con mayor presión hacia la central hidroeléctrica).



Central Hidráulica de Embalse

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Central Hidráulica de embalse



Centrales Hidráulicas (Pasada)

La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica.

Un sistema de captación de agua provoca un desnivel que origina una cierta energía potencial acumulada. El paso del agua por la turbina desarrolla en la misma un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente eléctrica.

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Centrales Hidráulicas (Pasada)



Centrales Hidráulicas Ventajas/Desventajas

Ventajas:

• No requieren combustible.• Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.• Utilización complementaria para riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo.• Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.• Las obras de ingenieria necesarias para aprovechar la energía hidraúlicatienen una duración considerable.• La turbina hidraúlica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.

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Centrales Hidráulicas Ventajas/Desventajas

Desventajas:

• Los costos de capital por kilowatt instalado son con frecuencia muy altos.• El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.• La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas.• La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.



Centrales EólicasUna central eólica es una instalación en donde la energía cinética del viento se

puede transformar en energía mecánica de rotación. Para ello se instala una torre en cuya parte superior existe un rotor con múltiples palas, orientadas en la dirección del viento. Las palas o hélices giran alrededor de un eje horizontal que actúa sobre un generador de electricidad, Aerogeneradores.

El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del generador,

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Centrales EólicasEl eje de baja velocidad del aerogenerador conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 kW el rotor gira bastante lentamente, de unas 19 a 30 revoluciones por minuto (r.p.m.). El eje contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos.

El multiplicador tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápidamente que el eje de baja velocidad.



Centrales EólicasEl sistema hidráulico es utilizado para restaurar los frenos aerodinámicos del aerogenerador.

El eje de alta velocidad gira aproximadamente a 1.500 revoluciones por minuto (r.p.m.), lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina

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Centrales EólicasMecanismo de orientación es activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando la veleta. El dibujo muestra la orientación de la turbina. Normalmente, la turbina sólo se orientará unos pocos grados cada vez, cuando el viento cambia de dirección.

El generador eléctrico suele llamarse generador asíncrono o de inducción. En un aerogenerador moderno la potencia máxima suele estar entre 500 y 3000 kilovatios (kW).



Centrales EólicasEl controlador electrónico tiene un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador), automáticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace telefónico mediante módem.

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Centrales EólicasLa unidad de refrigeración contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además contiene una unidad de refrigeración del aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores enfriados por agua.



Centrales Eólicas (http://www.windpower.org/es/tour/wtrb/comp/index.htm)

Anemómetro y la veleta se utilizan para medir la velocidad y la dirección del viento. Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para conectar el aerogenerador cuando el viento alcanza aproximadamente 5 metros por segundo. El ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 metros por segundo, con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para girar al aerogenerador en contra del viento, utilizando el mecanismo de orientación

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Centrales Geotérmicas

Las centrales geotérmicas generan electricidad a partir de la explotación de yacimientos geotermales que existen en algunos lugares del planeta. El recurso primario puede consistir en agua caliente o en vapor a alta temperatura, acumulados en formaciones geológicas subterráneas a las que se accede mediante pozos perforados en la corteza terrestre con técnicas similares a las de las empresas petroleras.



Centrales Térmicas SolaresLa generación de electricidad a partir de la radiación solar se puede conseguir mediante dos diferentes esquemas tecnológicos: la conversión directa por medio de paneles de celdas fotovoltaicas, y la conversión indirecta, por medio de ciclos de vapor.

Las celdas fotovoltaicas son dispositivos que aprovechan la inestabilidad electrónica de elementos como el Silicio, para provocar, con el aporte de luz solar, una corriente eléctrica capaz de ser empleada para cargar baterías o acumuladores, los que a su vez pueden transferir energía a aparatos eléctricos. Los paneles de celdas fotovoltaicas se emplean en muchas instalaciones ubicadas en lugares de difícil acceso, donde no llegan las líneas de los sistemas de transmisión de las empresas eléctricas, como por ejemplo, faros, observatorios, etc.


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Centrales Térmicas SolaresUno de los complejos de energía solar de luz internacional, en el desierto Mojave,California.

En total, las instalaciones cubren más de 750 hectáreas y generan 354 MW de electricidad, lo que es suficiente para abastecer 170.000 hogares.

Los espejos curvos siguen la trayectoria del sol, concentrando su luz en unos tubos que contienen un aceite sintético que se calienta hasta casi 400 ºC.

El calor se usa para producir vapor, que genera electricidad a través una turbina acoplada a un generador.



Centrales NuclearesUna central eléctrica nuclear, es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto, obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en un reactor nuclear


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Central MareomotrizLa energía mareomotriz es la energía asociada a las mareas provocadas por la atracción gravitatoria del Sol y principalmente de la Luna.

Las mareas se aprecian como una variación del nivel del mar, que ocurre cada 12h 30 minutos y puede suponer una diferencia del nivel desde unos 2 metros hasta unos 15 metros, según la diferencia de la topografía costera.

La técnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca y, en su camino, accionar las turbinas de una central eléctrica. Cuando las aguas se retiran, también generan electricidad, usando un generador de turbina reversible.



Direcciones Internet• Conceptos. http://www.el prisma.cl

• Centrales Eléctricas. http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/paginaprincipal.html

• Centrales Eólicas. http://www.windpower.org/es/tour/wres/index.htm

Tecnologías y Sistemas Eléctricos

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