2010

METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DE LA GENERACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERIA ELÈCTRICA Y ELECTRÒNICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÈCTRICA

CURSO:

LIDERAZGO Y RELACIONES HUMANAS

TEMA:

METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DE LA GENERACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL

ALUMNO:

SALINAS HINOSTROZA EDUAR CARLOS

CÓDIGO:

060031K

PROFESOR:

ING. JESÚS VARA SANCHEZ

CICLO:

X

Dedicado a todos mis compañeros de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Nacional del Callao, para brindarles un enfoque sobre la Generación de Electricidad en el SEIN.

INTRODUCCIÓN

Los sistemas eléctricos de potencia se encargan de suministrar energía

eléctrica, en el momento oportuno, a niveles de tensión y frecuencia requeridos. Ellos

producen, transportan y distribuyen dicha energía a los usuarios.

La generación en nuestro País, en su mayor parte, es de origen hidráulico y, en

menor porcentaje, de origen térmico. Las centrales hidráulicas, se encuentran alejadas

de los grandes centros de consumo por lo que se requiere de líneas de transporte en

alta tensión a fin de llevar la energía eléctrica desde las centrales a los centros de

consumo. La razón de elevar el nivel de tensión es la de reducir las pérdidas por efecto

Joule y reducir las caídas de tensión. El nivel de tensión se eleva en las subestaciones

elevadoras que se encuentran cercanas a la generación. Una vez que la energía se

encuentre en los grandes centros de consumo, se distribuye a usuarios a niveles de

tensión más manejable, evidentemente que para reducir el nivel de tensión habrá que

emplear subestaciones reductoras.

Las operaciones que realiza el COES para el despacho económico en tiempo

real, están relacionadas básicamente con la capacidad de la generación de las

centrales eléctricas del SEIN, así como las líneas de transporte, centros de

transformación y consumidores, la finalidad es mantener el equilibrio entre la oferta y

la demanda del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional.

OBJETIVO PRINCIPAL

• Reconocer las características generales de la Generación del SEIN.

• Explicar las Estadísticas de Operación de la Generación del año 2009.

MARCO TEÓRICO

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

Una Central Eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica,

obtenida de otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica.

En su mayor parte la energía mecánica procede de:

a). La transformación de la energía potencial del agua.

b). De la energía térmica suministrada al agua mediante la combustión del gas

natural, petróleo o del carbón, o a través de la energía de cogeneración.

Energía del Agua Gas Natural Central Térmica

Otras fuentes que han obtenido una utilización limitada son la energía

mareomotriz, energía solar y energía eólica.

CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES QUE INFLUYEN SOBRE LA GENERACIÓN

DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

La generación de la energía eléctrica tiene básicamente tres características

fundamentales, ellas son:

1. La electricidad a diferencia del gas y del agua, no puede almacenarse y el

productor de la energía eléctrica tiene poco control sobre el consumo en

cualquier instante.

Uno de los objetivos de la operación de un sistema de potencia es hacer que la

potencia generada en las centrales sea igual a la potencia que demandan los usuarios a

todo instante, manteniendo los niveles de tensión y corriente.

Para ello se parte de un estudio de carga diaria, donde la carga se puede dividir en dos

componentes, una carga constante llamada carga base y otras cargas llamadas picos,

que depende de la hora.

CARGA PICO

CARGA BASE

2. La carga se incrementa en forma continua por lo que el sistema de potencia

debe adicionar centros de generación con la finalidad de satisfacer el

incremento de la demanda.

3. Uno de los problemas consiste en localizar la central de generación y la

distancia de transporte que influye directamente con el costo, así como la

influencia sobre el paisaje y la ecología.

Ejemplo: Impacto ambiental que ocasionaría el Proyecto Iñambari.

Vista aérea del cauce del río Iñambari, cuyas aguas serían represadas para accionar

las turbinas de generación (desaparecerán las especies que habitan esta zona).

Están concluidos los estudios de factibilidad y de impactos ambientales del proyecto

hidroeléctrico Iñambari, que se construirá en la sierra sur del país en la cuenca del río

del mismo nombre, entre los límites de los departamentos de Puno, Cusco y Madre de

Dios.

La futura central será la de mayor dimensión del país; tendrá una capacidad de

generación de 2.300 megavatios (MW).

CLASIFICACIÓN DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS DEL SEIN

SEGÚN SU RECURSO ENERGÉTICO

1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA

Es aquella en la que la energía potencial del agua almacenada en un embalse

se transforma en energía cinética necesaria para mover la turbina (motor primo) y esto

al generador, transformando la energía mecánica en energía eléctrica.

Las centrales hidroeléctricas se construyen en los causes de los ríos, creando un

embalse para retener el agua. Para ello se construye una presa, apoyado generalmente

en alguna montaña. La masa de agua embalsada se conduce a través de una tubería

hacia los álabes de la turbina, la cual está acoplada al generador. Así el agua

transforma su energía potencial en energía cinética, que hace mover los álabes de la

turbina. (Ver gráfico)

COMPONENTES DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

A grandes rasgos, la relación de los componentes fundamentales que conforman las

centrales hidroeléctricas se presentan en dos grandes conjuntos:

Conjunto I

Constan todo tipo de obras y equipos, cuya misión es la de almacenar y encauzar el

agua, en las debidas condiciones, para conseguir posteriormente una acción mecánica.

Estos son:

- Embalse

- Presa

- Canales y túneles

- Tuberías forzadas

- Chimenea de equilibrio

Conjunto II

Engloba los edificios, equipos y sistemas, mediante los cuales se realizan las sucesivas

transformaciones de la energía eléctrica. Estos son:

- Turbinas hidráulicas

- Generadores

- Transformadores

- Medios auxiliares

- Cuadros de Control

De la relación total indicada, no quiere decir que en una

misma central concurran todos y cada uno de los componentes mencionados, pues si

bien es cierto que, alguno de ellos, son imprescindibles, como en el caso de las

turbinas y generadores, otros, sin embargo, pueden intervenir o no, dependiendo

principalmente de las características del asentamiento de la instalación. Así por

ejemplo, en una central de pasada, no es normal disponer de un embalse.

2. CENTRAL TÉRMICA

Es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el

rotor del generador y por lo tanto obtener energía eléctrica, se obtiene del vapor

formado al calentar el agua en una caldera. El vapor generado tiene gran presión al

salir de las toberas y llega a las turbinas, para que en su expansión (energía de

presión), sea capaz de mover los álabes de las mismas, transformándose en energía

mecánica entregando el eje de la turbina esta energía al generador eléctrico.

En estas centrales la energía de la combustión del carbón, petróleo o gas

natural se emplea para transformar el agua de líquido a vapor. Estas centrales

termoeléctricas pueden ser:

- Centrales térmicas a vapor

- Centrales térmicas a gas

- Centrales térmicas de ciclo combinado

- Centrales térmicas de cogeneración

CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR

La energía de presión se obtiene por acción del gas caliente resultante de la

combustión de un combustible (Gas Natural o Petróleo), esta energía de presión

proporcionará la energía suficiente para hacer girar los álabes de la turbina y el eje de

esta acoplada al generador, convertirá la energía mecánica de la turbina en energía

eléctrica. Este es el proceso con eficiencia de: 30 a 35%.

Ejemplo: C.T. San Nicolás, C.T. Chilina, C.T. Ilo 1 (TV 2, TV 3, TV 4) y C.T. Ilo 2

(TV Carbón).

CENTRALES TÉRMICAS A GAS

La energía de presión se obtiene al hacer calentar el agua de alimentación en la

caldera, se utiliza el gas para la combustión, esta energía de presión proporcionará la

energía suficiente para hacer girar los álabes de la turbina y el eje de esta acoplada al

generador, convertirá la energía mecánica de la turbina en energía eléctrica. Este es el

proceso que siguen las centrales térmicas a vapor con eficiencia de: 40 a 42%.

Ejemplo:

C.T. Santa Rosa C.T. Malacas

C.T. Chimbote C.T. Trujillo

C.T. Chilca C.T. Kallpa

C.T. Cummins C.T. Aguaytia

C.T. Oquendo (Cogeneración).

También tienen grupos a gas:

C.T. Ilo 1 (TG 1 y TG 2) C.T. Ventanilla (TG3 y TG4)

C.T. Mollendo (TG 1 y TG2) C.T. Piura (TG).

También hay que considerar las Centrales Térmicas más caras del Sistema,

puesto que utilizan DIESEL para su combustión, entre las cuales están:

C.T Chiclayo Oeste, C.T. Paita, C.T. Piura, C.T. Sullana, C.T. Calana, C.T.

Tumbes, C.T. Yarinacocha, C.T. Trujillo Norte, C.T. Bellavista y C.T. Taparachi.

CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO

En el ciclo combinado, tiene el mismo principio que las centrales a gas, con la diferencia

que en el ciclo combinado se aprovecha el gas resultante (gran temperatura) para

poder hacer girar una segunda turbina, elevando la eficiencia de la central térmica a

valores que oscilan entre: 60 y 65%.

Ejemplo:

C.T. Ventanilla (TG3 + TG4 Ciclo Combinado)

C.T. Chilina (Ciclo combinado)

EL Gas de Camisea, según los estudios de exploración realizados, tiene gran cantidad

de metano y sin contenido de azufre, lo que favorece la operación de las centrales

térmicas, al tener mayor poder calorífico para la combustión, con un aumento del salto

térmico disponible, mayor eficiencia térmica y menor contaminación del medio

ambiente.

CENTRALES TÉRMICAS DE COGENERACIÓN

Son empresas que generan electricidad aprovechando su condición. Es la

producción combinada de energía eléctrica y energía térmica obtenida por el uso

secuencial de energía a partir de un mismo combustible.

Ejemplo:

C.T. Oquendo (Ubicada en el Callao y puesta en servicio en el 2009)

COMPONENTES DE LAS CENTRALES TÉRMICAS

(Según su función en el proceso)

- Combustible

Insumo para la combustión, bien sea petróleo, gas o carbón.

- Compresor

Inyectará el aire comprimido al combustor.

- Combustor

Componente donde ocurre la combustión.

- La Caldera

Genera el vapor al ser transformada la energía química del

combustible y transformada en energía térmica de flujo, que

accionará los cuerpos de las turbinas.

- Chimenea

Dispersan los contaminantes en las capas altas de la atmósfera.

- Turbinas

Transmitir la energía mecánica al generador.

- Generador

Generar la energía eléctrica que será aprovechada.

De la relación total indicada, no quiere decir que en una misma central concurran

todos y cada uno de los componentes mencionados, pues si bien es cierto que, alguno

de ellos, son imprescindibles, como en el caso de las turbinas y generadores, otros, sin

embargo, pueden intervenir o no, dependiendo principalmente del proceso. Ejemplo:

Las Centrales térmicas únicamente a gas o vapor, no cuentan con caldera.

CLASIFICACIÓN DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS DEL SEIN SEGÚN EL SERVICIO QUE

PRESTAN

1. CENTRAL BASE

También denominadas centrales principales. Son las de mayor capacidad y

están destinadas a suministrar la mayor parte de la energía eléctrica permanente, es

decir, sin interrupciones de funcionamiento de la instalación, estando en marcha

durante largos periodos de tiempo.

Estas centrales preferentemente son hidráulicas y térmicas. En el SEIN, las más

importantes por su capacidad son las siguientes: (Indica la Potencia efectiva)

C.H. Mantaro (886.02 MW)

C.H. de EDEGEL (744.74 MW)

C.T. Chilca (544.68 MW)

C.T. Kallpa (367.92 MW)

C.T. Ventanilla (492.72 MW)

Ejemplo: Se pueden observar los generadores de la que hasta hoy es la central más

grande en capacidad de potencia, en el SEIN.

2. CENTRAL RESERVA

Tienen por objeto disponer de instalaciones que puedan sustituir, total o

parcialmente a las centrales de base cuando para éstas exista escasez o carestía de las

materias primas: agua, carbón, gas, etc.

Estas centrales primordialmente son hidráulicas y turbinas a gas, dadas sus

características de rapidez de puesta en servicio, para suplir a las centrales de gran

producción afectadas de fallos o averías en equipos.

Estas centrales pueden ser algunas hidráulicas y térmicas. En el SEIN, se les

considera a las siguientes:

C.H. Gallito Ciego (38.15MW)

C.H. Cahua (43.11MW)

C.H. Malpaso (48.02MW)

3. CENTRAL PUNTA

Están destinadas exclusivamente, para cubrir la demanda de energía eléctrica

en las horas de mayor consumo, horas punta. Su funcionamiento se puede considerar

periódico. Han de ser instalaciones de respuesta muy rápida, tanto en lo referente a la

puesta en marcha como a la regulación de sus elementos.

Estas centrales, por razones técnicas suelen ser centrales de tipo térmico:

C.T. Piura, TG-D2 (28.85 MW) La más cara del SEIN

C.T. Chimbote (39.09 MW) Segunda más cara

C.T. Santa Rosa (429.76 MW)

C.T. Tumbes (17.27 MW)

C.T Chiclayo Oeste (19.58 MW)

C.T. Paita (3.72 MW)

C.T. Sullana (6.45 MW)

C.T. Trujillo Norte (62.13 MW)

ESTADÍSTICA DE OPERACIONES

2009

ENFOQUE PRELIMINAR

• Costo Marginal

Costo en que se incurre para producir una unidad adicional de energía,

considerando la demanda y el parque de generación disponible.

Las variaciones en los costos marginales están directamente relacionadas con el

comportamiento hidrológico de las cuencas aprovechadas por el sistema de

generación, la estrategia operativa de descarga de embalses y lagunas y la

disponibilidad de las unidades termoeléctricas más eficientes.

CMg(2009) = 31.83 US$/MW.h

• Despacho

Ejecución de la operación en tiempo real, con acciones preventivas y/o

correctivas dispuestas por el Coordinador con la finalidad de mantener el equilibrio

entre la oferta y la demanda del Sistema. (Objetivo: Minimizar el costo de la energía)

• Mantenimiento preventivo

Consiste en realizar actividades que son ejecutadas con periodicidad, sobre la

base de un plan de trabajo elaborado por los integrantes para cada uno de los equipos

y que normalmente involucran las tareas recomendada por los fabricantes, con el

objeto de reducir la probabilidad de daños en el equipamiento y/o pérdidas de

producción.

• Mantenimiento correctivo

Actividad que se realiza con la finalidad de superar la presencia de una

operación anormal o una avería en un equipo o en sus componentes y que origina las

limitaciones en el funcionamiento y podría ocasionar la indisponibilidad parcial o total

del mismo. En función a las condiciones operativas estos trabajos podrán ser incluidos

en los programas de mantenimiento.

SISTEMA ELÉCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL 2009

En la siguiente parte de este trabajo, se presentarán los aspectos relevantes de la

operación del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional.

Durante el año 2009, la máxima demanda de potencia alcanzó 4332.37 MW ocurrida el

día miércoles 09 de diciembre a las 19:15 horas y fue superior en 2.95% con relación al

año 2008 cuyo valor fue 4198.66 MW.

La producción de energía eléctrica del año 2009 fue 2980725 GW.h lo cual significa un

crecimiento de 0.84% con respecto al año 2008 cuyo valor fue 29558.71 GW.h. De la

energía producida en el año 2009, 18751.67 GW.h (62.91%) son de origen hidráulico y

11055.58 GW.h (37.09%) son de origen térmico

A continuación se muestra la producción de energía eléctrica y la participación

porcentual por empresas integrantes. Se aprecia que la empresas de mayor

producción de energía fueron EDEGEL con 7802.28 GW.h (26.18%) y ELECTROPERÚ con

6149.69 GW.h (20.63%)

A continuación se presenta la producción de energía termoeléctrica del SEIN por tipo

de tecnología de generación, resultando que las de mayor producción son las unidades

turbo gas, que han producido 6083.92 GW.h que representa el 55.03% del total

térmico, seguidas por las unidades de ciclo combinado con una producción de 3260.00

GW.h que representa el 29.49% del total térmico.

Se presenta el cuadro donde muestra la cobertura de la demanda máxima de potencia

del SEIN por tipo de generación:

POTENCIA INSTALADA Y EFECTIVA DEL SEIN

A Diciembre del 2009 la potencia instalada y efectiva del SEIN se vio

incrementada por el ingreso de nuevas unidades de generación:

• La Central Hidroeléctrica Caña Brava

• La Central Hidroeléctrica Santa Cruz I

• La Central Térmica de Cogeneración Oquendo

• La unidad Nº 2 de la Central Hidroeléctrica Santa Cruz I

• La segunda unidad de la Central Térmica Kallpa

• La Central Térmica de Emergencia de Trujillo

• La unidad TG3 de la Central Térmica Chilca 1

• La unidad TG8 de la Central Térmica Santa Rosa

HACIENDO QUE LA POTENCIA INSTALADA ASCIENDA A 6000.60 MW Y LA POTENCIA

EFECTIVA A 5848.34 MW

Cabe resaltar que la potencia efectiva está referida a la potencia máxima que pueden

brindar las unidades, según su tecnología. Las empresas generadoras deberán

presentar una ficha técnica indicando su potencia efectiva. (La medición de la potencia

efectiva de las máquinas se realiza cada 2 años)

DESPACHO PARA EL DÍA DE MÁXIMA DEMANDA DEL AÑO

(09 DICIEMBRE 2009)

Durante el año 2009, la máxima demanda de potencia alcanzó 4332.37 MW ocurrida el

día miércoles 09 de diciembre a las 19:15 horas, como se observa en la gráfica, el COES

dispuso de un despacho, ubicando las centrales de menor costo primero

(preferentemente hidráulicas y algunas térmicas) y finalmente las centrales eléctricas

de punta, que son las que marginan a las demás con su costo de operación (en este

caso fue la TV Diesel, la más cara del SEIN)

El despacho económico es la ejecución de la operación en tiempo real, con acciones

preventivas y/o correctivas dispuestas por el Coordinador con la finalidad de mantener

el equilibrio entre la oferta y la demanda del Sistema. El objetivo de este despacho

económico de carga es minimizar los costos del sistema, haciendo posible obtener

calidad de la energía eléctrica al menor costo.

Por tal motivo en el despacho económico que realiza el COES tiene tal objetivo, es por

eso que el COES debe tener en consideración muchos aspectos, como:

- Costos Variables de las empresas

- Ficha técnica de potencia efectiva de las máquinas

- Programa de mantenimiento de las unidades, etc.

CONCLUSIONES

El objetivo es generar energía eléctrica en cantidades suficientes, en las

centrales más adecuadas, transmitirla en grandes cantidades a los centros de

carga y luego distribuirla a los usuarios, en la forma y calidad apropiada; al

mínimo costo posible, tanto ecológico como económico. En otras palabras los

requisitos que se deben de cumplir son:

- Suministrar energía eléctrica a todo cliente que lo solicite.

- Ser capaz de adaptarse a la demanda de los usuarios que es

continuamente variable.

- Suministrar energía eléctrica a mínimo costo tanto económico como

ecológico.

Las operaciones que realiza el COES para el despacho económico en tiempo

real, están relacionadas básicamente con la capacidad de la generación de las

centrales eléctricas del SEIN, así como las líneas de transporte, centros de

transformación y consumidores, la finalidad es mantener el equilibrio entre la

oferta y la demanda del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional.

En la actualidad se está cubriendo la demanda de energía de una manera

adecuada, pero cabe resaltar que el crecimiento de la demanda aumenta a

pasos agigantados, por tal motivo es necesario una proyección de generación

para los años siguientes, incentivando la inversión privada o estatal.

El objetivo de este análisis es evitar los cortes masivos de energía eléctrica que

posiblemente ocurrirán en los próximos años por la falta de generación, esto es

básicamente un problema porque las centrales utilizan como fuente energética

recursos que se están agotando y que no se están cuidando, como es el caso

del agua utilizada en las centrales térmicas como refrigerante y utilizada en las

centrales hidroeléctricas como fuente de energía primaria su generación.

ANEXO

COMPLEJO HIDROELÉCTRICO MANTARO

El Complejo Hidroenergético del Mantaro es el más importante centro de generación

hidroeléctrica de nuestro país. Está conformado por la represa de Tablachaca y dos

centrales Hidroeléctricas construidas en cascada: SAM y ROM. El Complejo Mantaro

tiene una potencia nominal de 1008 MW.

Las aguas del río Mantaro son almacenadas en el embalse de Tablachaca que con una

altura de 77 metros y una longitud de coronación de 180 metros, tiene una capacidad

de almacenaje de 7,000 metros cúbicos.

Las aguas provenientes de la represa de Tablachaca son llevadas a la central SAM a

través de un túnel de 19.8 Km de longitud y 4.8 metros de diámetro. Una tubería de

presión de 1600 m conformada por tres tubos de 3.3 m de diámetro. Caída neta de

748 metros.

La SAM (Santiago Antúnez de Mayolo), es la primera central, y cuenta con: 7 turbinas

pelton de eje vertical. Cada turbina tiene 04 inyectores. Generan una potencia de 114

MW cada una, totalizando una potencia instalada de 798 MW.

Las aguas turbinadas de esta central, son canalizadas a través del puente tubo de 100

m de longitud y un túnel de 800 metros, la tubería tiene 5 m de diámetro para llegar a

la segunda central ROM (Restitución) aprovechando una caída neta de 257 metros.

Construida en las montañas rocosas de la cordillera de los andes y es tele comandada

desde la sala de control principal de la Central SAM. La ROM cuenta con tres turbinas

pelton de eje vertical con 06 inyectores cada una de las cuales genera una potencia

individual de 70 MW totalizando 210 MW.

El Complejo Hidroeléctrico Mantaro (SAM + ROM), explota el desnivel de 1000 metros

producido entre TABLACHACA y CAMPO ARMINIO.

Comprende dos centrales hidroeléctricas en cascada; la primera, “Santiago Antúnez de

Mayolo – SAM”, con 798 MW de potencia instalada, fue construida en dos etapas: La

primera que entró en operación en 1973, que comprende los grupos 1, 2 y 3; y la

segunda en 1979, con los grupos 4, 5, 6 y 7.

BIBLIOGRAFÍA

Estadística de Operaciones del COES, edición 2009

Procedimientos técnicos del COES-SINAC

Sistemas Eléctricos de Potencia, TECSUP 2009

Páginas Web:

http://www.coes.org.pe/dataweb3/2010/D/memoria/Memoria2009.pdf

http://www.coes.org.pe/coes/index.asp

http://www.lusine.com.ar/Productos/Cogeneracion/

Sistemas_de_cogeneracion.html

http://www.electroperu.com.pe/unidades/021_02.htm

http://www.edegel.com/