sistema eléctrico argentino 2009
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1
Sistema Eléctrico Argentino
1
Pais Sup hab dens urb >ciudadMkm2 mill hab/km2 % mill hab
ARG 2.8 39.1 14 90 13.5 GBA
CAN 9 9 33 4 77 2 5 T t
Características Físicas del Sector EléctricoRepública Argentina
NOA NEA
700
km
CAN 9.9 33 4 77 2.5 Toronto
USA 9.8 293 32 78 16.5 NY
ESP 0.5 40 81 78 3.1 Madrid
ITA 0.3 58 198 67 2.6 Roma
BRA 8.5 184 22 82 17 SP
MEX 1.9 105 55 75 18 DFCOM
BAS
CUYCEN
GBA
LIT
2
37
1400 km
CHN 9.6 1295 135 32 12.8 Shangai
IND 3.3 1065 358 28 18 Bombai
Corea N 0.12 23 189 61 3.1 Pyongyang
Corea S 0.10 46 495 83 10 Seúl
PAT
2
Características Físicas del Sector EléctricoÁreas de Cobertura
3
Características Físicas del Sector EléctricoÁreas de Cobertura
4
3
Características Físicas del Sector EléctricoÁreas de Cobertura
5
Características Físicas del Sector EléctricoArea GBA
JURISD DENShab/km2
POBLAC hab
DIST POBLAC
%
DIST ENERG
%
CFED 13679.6 2776138 7.7 13.5
GBA 2394.4 8684437 24.0 22.8
BAS 16.9 5142766 14.2 14.1
CBA 18.6 3066801 8.5 6.4
MZA 10.6 1579651 4.4 6.4
SFE 22.6 3000701 8.3 10.1
TOT 29.9 24250494 66.8 73.2
6
4
Características Físicas del Sector EléctricoRepública Argentina
Comparación áreas territorialesArgentina = 2.791.810 km2Francia= 534.965España= 497 517España= 497.517Italia= 301.268Portugal= 91.191Dinamarca= 43.080Suiza= 41.293Holanda= 41.160Bélgica= 30.518Subtotal representado 1 589 992
7
USA
Subtotal representado 1.589.992Alemania= 357.013Polonia= 312.683Yugoslavia= 255.804Reino Unido= 244.800Albania= 28.748TOTAL= 2.789.040
Características Físicas del Sector EléctricoRepública Argentina – Topografía - Recursos
NOAGN
MINERÍA
NEA + LITHIDRO
COMAHUEHIDRO+GN
DEMANDA
8
PATAGONIAHIDROEOLICA
GN
5
Características Físicas del Sector EléctricoRepública Argentina - Líneas AT
NOANEA
El Bracho (Edimburgo)
Yacyretá (Copenhague)
CUYO
COMAHUE
CENTROLITORAL
BUENOS AIRES
GBA Mendoza (Nantes)
Salto Grande (Leipzig)
GBA (Milan)
PARIS
LONDRESBERLIN
BRUSELAS
ZURICH
AMSTERDAM
PATAGONICO
9
Comahue (Madrid)
MADRID ROMA
Características Físicas del Sector EléctricoElectrificación - Mercados
10
6
Capacidad Instalada 26.225 MW500 kV 9 101 km
Características Físicas del Sector EléctricoMercado Eléctrico Mayorista - 2008
NOANEA
500 kV 9.101 km330 kV 1.111 km220 kV 841 km132 kV 11.215 km
MEMPotencia Máx Bruta (Jun/08) 19.126 MWDemanda Energía (2008) 110.157 GWh
CUYO
COMAHUE
CENTROLITORAL
BUENOS AIRES
GBA
11
PATAGONICO
NOANEA
Características Físicas del Sector EléctricoConcentración de la Demanda - 2008
CUYO
COMAHUE
CENTROLITORAL
BUENOS AIRES
GBA
12
PATAGONICO
7
Características Físicas del Sector EléctricoUbicación de las Centrales
GüemesIndependencia
San PedroPalpalá
Barranqueras
FormosaCT Tucumán CT Ave Fénix
CT San Miguel CT Pluspetrol Norte Yacyretá
El Cadillal
Cabra Corral
Costanera.- CT Bs. As.Puerto
Dock SudDique
Villa Gesell
San Nicolás
Sorrento
Sarmiento
Luján de Cuyo
La Banda
La Rioja
Pilar
Sur OesteVilla María
Río Cuarto
Frías
Gral Levalle
Sta Catalina
M. Maranzana
Mar de Ajó
Mar del Plata
Genelba
Argener
S Francisco Salto Grande
Cruz de Piedra
Agua del Toro Los Reyunos
Nihuil I, II, III
Ullúm Quebrada de Ullúm
Calchines
Río HondoEscaba
Río TerceroLos Molinos
CN EmbalseCN Atucha
AES ParanáRío Grande
San Roque
CassaffousthFitz Simon
13
NecocheaPiedrabuena
Agua del CajónFilo Morado
Alto Valle
Pto Madryn
Comodoro Rivadavia
Pico Truncado I y II
Loma de la Lata
Mar del Plata
Alicurá Piera del Aguila
Pichi Picún Leufú El Chocón
Planicie Banderita Termo Roca
CT Patagonia
Futaleufú
Florentino Ameghino
Electropatagonia
NOA NEA
Características Físicas del Sector EléctricoPotencia Instalada MEM - dic/2008
LITORAL
BUENOS AIRES
CUYO
COMAHUE
CENTRO
GBA
14
PATAGONICO
8
Tamaño del Mercado por crecimiento
15
Características Físicas del Sector EléctricoPotencia Instalada – dic/2008
16Total MEM 26.225 MW 17.400
9
Antigüedad del parque térmico al 2008
17
Antigüedad del parque térmico al 2008
18
10
Indicadores – Mercado EléctricoDemanda Eléctrica MEM desde 1992
• 2008 +2.9%19
Demanda de Energía Eléctrica MEM
20
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Demanda de Energía Eléctrica vs PBI
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Indicadores – Mercado Eléctrico
Potencia MEM:1992 = 14061 MW
2008 = 26225 MW 87% 22
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Indicadores – Mercado Eléctrico
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Principales Proyectos de Generación Concretados
HI Piedra del Águila 1400 MW 93/94HI Yacyretá 1710 MW 94/98TG Loma de la Lata 375 MW 1994CC Bs. Aires 322 MW 1995
á dCC Luján de Cuyo 285 MW 1996 CC Genelba 674 MW 97/98CC Capex 662 MW 93/99CC Tucumán 447 MW 96/99CC San Miguel 382 MW 95/02CC Costanera 851 MW 1999CC Puerto 786 MW 1999HI Pichi Picún Leufú 255 MW 1999CC Dock Sud 773 MW 2000
24
CC Dock Sud 773 MW 2000CC AES Paraná 845 MW 2001 TG Pluspetrol Norte 116 MW 2002 HI El Carrizal 17 MW 2002HI Cacheuta 122 MW 2002TG Pluspetrol Norte 116 MW 2003CT Belgrano 800 MW 2008CT Timbues 800 MW 2008
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Indicadores – Mercado EléctricoDemanda Máxima Registrada anual MEM
Crec =10.091 MW116% 16 años 4.5%aa
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Incremento anual de demanda de Potencia MW
año demanda crecimientoaño demanda crecimiento
2002 13481 -2003 14359 878
2004 15032 673
2005 16143 11112005 16143 1111
2006 17323 1180
2007 18345 1022
2008 19126 781
26
940 MW por año
14
Planeamiento Energético
18.000 MW en 16 años
27
Indicadores – Mercado Eléctrico
28
15
Precio Mayorista en el Mercado Spotdesde Agosto 1992
Inversión del Estado : Yacyretá
Ingreso de nuevos Generadores
Intervención del Estado
Aumento del consumo de combustibles líquidos
Fuertes Inversiones en Mantenimiento
Mejoras de eficiencia y disponibilidad
Ingreso de nuevos Generadores
Ingreso de Nuevas Tecnologías
Aumento Disponibilidad de gas
29 Hidraulicidades, combustible y demanda variables
Indicadores – Mercado Eléctrico
30
16
Evolución del Consumo Específico
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Indisponibilidad Térmica
32
17
Generación 2008
33
Energía Generada Hidráulica 2008
34
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Optimización de la Oferta Optimización de la Operación:
Optimización en un horizonte de largo plazoOptimización en un horizonte de largo plazo que define la gestión horaria en tiempo real.
La optimización económica de largo plazo consiste en determinar en el tiempo, y en función de las aleatoriedades que afectan el
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sistema, el requerimiento necesario para satisfacer la demanda.
Esto obliga a considerar el Valor del Agua en los embalses. (Costo de Sustitución).
Precio Spot
Generación nuclear
Disponibilidad combustibles
Disponibilidad equipo
temperatura
Capacidad de almacenamient
oCapacidad de
recepción
Variables
Generación termica
Generación hidraulica
estacional
Precios combustibles
hidraulicidad
riego
Capacidad de regulacion
ubicacion
contratos
anomalias
wti
lluvias
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demanda
Importacion/exportacion
Contratos
transporte
estacionalidad
Act. industrial
Crec. Veget.
comportamiento
nieve
Costo del dinero
EXPANSION
OTRAS
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Reglas del MercadoOferta Térmica
TG Boca de pozo
CC última generación
TV Área de demanda
TG CA
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p generación demanda
Con oferta escasa se magnifican los cambios de precios ante variaciones en la demanda.
u$s./M Btu
38
20
DESPACHO HORARIO
12000TG
Reglas del MercadoCubrimiento de la Demanda Empuntamiento
4000
6000
8000
10000
CC + TV
HIDRAULICA PUNTARESERVA DE POTENCIA
NUCLEAR
empuntamientotérmico base
39• el parque TV y CC debe modular para tomar la punta• en crónicas ricas este requerimiento se agudiza
0
2000
4000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HIDRAULICA BASE
NUCLEAR
Déficit de energía y de potencia
Sistemas hidrotérmicos:Déficit de energía: Insuficiencia de agua causadaDéficit de energía: Insuficiencia de agua causada por inversión inadecuada ó evento extremo.
Déficit de potencia (punta): indisponibilidades forzadas, programadas y pérdidas por reducción de altura de embalses, insuficiencia de transmisión o inversión inadecuada en capacidadtransmisión o inversión inadecuada en capacidad instalada.
40
21
La variabilidad hidráulica afecta la disponibilidad de potencia
Capacidad hidráulica Capacidad térmica
Pmáx
Pmáx
MW MW
41
Húmedo 30%
Medio 30%
Seco 30%
Húmedo 30%
Medio 30%
Seco 30%
La capacidad del sistema depende de la variabilidad hidrológica
MW
Pmáx
Demanda Máxima
42
Húmedo 30%
Medio 50%
Seco 15%
Demanda Máxima
Muy Seco 5%
Evento crítico que requiere ampliación de capacidad
22
Distribución de las Fuentes primarias de Energía
El 13,8 de Renovables se distribuye:
Comb. Renovables y deshechos= 11.0%
43
Hidráulica= 2.3%
Geotérmica= 0.442%
Solar= 0.039%
Eólica= 0.026%
Mareas= 0.004%
Fuentes primarias de producción de electricidad
44
23
Central Eléctrica
• Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctricaenergía eléctrica.
• Podemos considerar que el esquema de una central eléctrica es:
Energía de la Fuente
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Energía Mecánica
Energía Eléctrica
Se Transforma en Se Transforma en
Fuentes de Energía• Las distintas fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables.
• Renovables: Aquellas fuentes que no desaparecen al transformar su energía en energía útilenergía en energía útil.
• No renovables. Sistema material que se agota al transformar su energía en energía útil.
FUENTES DE ENERGÍA
RENOVABLES NO RENOVABLES
Agua almacenada (energía hidraúlica) Combustibles fósiles:Agua almacenada (energía hidraúlica) El Sol (energía solar) El viento (energía eólica) La biomasa Las mareas (energía mareomotriz) Las olas
Combustibles fósiles:Carbón, Petróleo, Gas Natural. Geotérmica Uranio (energía nuclear de fisión)
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24
Energía de los Combustibles Fósiles
• Es la energía asociada al uso del carbón, gas natural y petróleo. • La forma de energía que poseen los combustibles fósiles es energía interna, que podemos aprovechar a partir de las reacciones de combustión.reacciones de combustión.
• Se puede transformar en lo que habitualmente se denomina energía térmica (calefacción), energía eléctrica, energía cinética (a través de los motores de combustión interna), etc. Es utilizada en multitud de aplicaciones domésticas e industriales.
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Facilidad de extracción • No renovableFacilidad de extracción • Tecnología bien desarrollada • Además de fuente de energía,
en los procesos de separación, se proporcionan materias primas para la industria química, medicina, alimentación,...
No renovable. • Transporte caro • Difícil almacenamiento • Provoca graves problemas ambientales: efecto
invernadero, lluvia ácida... • Es un desperdicio destinar a ser quemados
materiales que son materias primas para la industria química, medicina, alimentación, etc.
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Análisis de la Oferta El parque de producción está constituido de grupos térmicos de diversas tecnologías que pueden utilizar distintos tipos de combustibles, con eventuales restricciones de aprovisionamiento.
Los principales tipos de generadores térmicos y los principales combustibles utilizados en nuestro país son:
Turbinas a Vapor = GN, FO, CMTurbinas a Gas (CC) = GN, GOMotores Diesel = GO
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Motores Diesel GONucleares = Ur
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Costo Relativo Combustibles Base PCI TC
u$s/MBTU Rel
GAS NATURAL = 77.5 u$s/dam3 2.1 1.0
FUEL OIL (65 u$s/bbl) = 433 u$s/t 11 5.3
GAS OIL (640 u$s/t)= 600 u$s/m3 18 8.6
CM BQ (65 u$s FOB)= 120 u$s/t6000 5 2 4
49
CM BQ (65 u$s FOB)= 120 u$s/t6000 5 2.4
Calculo del Costo de Generación de una unidad térmica
- PRECIOS PROPUESTOS DE LOS COMBUSTIBLES =FUEL OIL= 433 u$s/tGAS NATURAL = 77.5 u$s/dam3
CARBON MINERAL 90% FO i 214 $ /tCARBON MINERAL = 90% FO inv = 214 u$s/tGAS OIL= 600 u$s/m3
- COSTO DE GENERACION = CESPE * PRECIO / PCI
CGENFO = 2500 kcal/kWh * 433 u$s/t / 9800 kcal/kgCGENFO = 110 u$s/MWh
50
CGENFO 110 u$s/MWh
CGENGN = 2500 kcal/kWh * 77.5 u$s/dam3 / 8400 kcal/Nm3
CGENGN = 23 u$s/MWh
CGENGO = 2500 kcal/kWh * 600 u$s/m3/ 10100 kcal/kg / 825 kg/m3
CGENGO = 560 u$s/MWh
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Precio Final de la Energía
Precio de Compra Usuarios
Precio de Venta
Precio de Compra Distribuidores
Usuarios
Costo Transmisión
Impuestos Nacionales
VAD
Impuestos
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Generadores
Costo Combustible Unidad marginal
Costo O&M
Impuesto Ingresos
Turbinas a Vapor
52
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Turbinas a vapor
• La turbina de vapor es el motor número uno en importancia en la generación de energía eléctrica tanto en centrales de combustible fósil (Carbón, Fuel Oil, etc), como en las de combustible nuclear.
• Cerca del 75% de la energía eléctrica
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Cerca del 75% de la energía eléctrica mundial proviene de la producción de esta tecnología.
Turbinas a Vapor
ATM
TURBINA A VAPOR
CALDERA GENERADOR
TURBINA A VAPOR
VAPOR
AGUACOMBUSTIBLE
54
BOMBA
CONDENSADOR
28
55
56
29
57
58
30
Características principales
• Energía no renovable
G l d l dGeneralmente cerca de los centros de consumo
Generación a voluntad
Período de maduración de 2 años
Costo 800‐1400 u$s/kW
Combustibles: FO, C, GN, GO
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Una TV de 300 MW
Producción de Vapor 1000 ton/h
Agua de refrigeración 50 000 m3/hAgua de refrigeración 50.000 m /h
Agua de reposición 30 a 50 m3/h
Combustible 82 Dam3/h GN
70 t/h FO
130 ton/h CM (2300 kcal/kWh)
Gases de escape 1.000.000 m3/h
60
p /
Puesta en Servicio 8 a 36 hs
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Turbinas a Gas
61
Turbinas a Gas
Una turbina a gas es un motor rotativo de flujo continuo que se caracteriza por presentar una baja relación peso
l d d d l dpotencia y una velocidad de giro elevada.Se divide en dos partes principales:◦ Generador de Gases◦ Unidad productora de potenciaEl generador de gases se compone de un compresor, la cámara de combustión donde se mezcla el combustible con el aire y donde tiene lugar la combustión y la turbina de expansión de gases que tiene potencia necesaria paraexpansión de gases, que tiene potencia necesaria para mover el compresor yLa unidad generadora de potencia donde se obtiene la potencia útil, pudiendo ser una turbina de expansión de gases o una tobera de propulsión
62
32
Turbinas a Gas
ATMATM
GENERADOR
CAMARA DECOMBUSTION
COMBUSTIBLE
63
AIRE
TURBINA A GASCOMPRESOR
Características principales
Energía no renovable
Generación a voluntad
Solamente GN ó GO
Período de maduración 6 a 12 meses
C 300 $ /kW
64
Costo 300 u$s/kW
33
• Las TG orientadas a propulsión a reacción li l i i t l
Características TG
se aplican a los aviones, mientras que las TG orientadas a la generación de trabajo se aplican a buques, trenes, tanques de combate, vehículos, compresores de gas en gasoductos, pero la principal
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aplicación es la generación eléctrica.
Turbinas a Gas
• Importante desarrollo tecnológico en las últimas
décadasdécadas.
• 1970 = 4200‐3700 kcal/kWh 15/20 MW
• Actual= 2500‐2200 kcal/kWh >250 MW
• Arranque 15 a 20 min
A N
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• Arranque en Negro
• Escape de gases= 1,5 millones de m3N/h (200 MW
– 430/560ºC)
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Características TG – Principio de Funcionamiento• Se comprime aire aspirado de la atmósfera en el compresor y se introduce en
la cámara de combustión, dónde se mezcla con combustible también comprimido, produciéndose la combustión.
• Los gases calientes resultantes se hacen circular a través de una o varias etapas de turbinas, expandiéndose e imprimiendo un movimiento rotatorio en el eje, desde donde se extrae la potencia necesaria para mover el mismo compresor de aire y el alternador.
CompresorEntrada de aire Cámara de Combustión
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Gases de escape
Generador de Gas Potencia
CombustiónLas TG operan con excesos de aire muy grandes del orden del 300 a 500% con el objetivo de atemperar las altas temperaturas que se alcanzan luego de lalas altas temperaturas que se alcanzan luego de la combustión (1100 a 1300 °C), que pueden afectar las características mecánicas de los rodetes de la turbina.Combustibles empleados: Gas Natural, GLP, Gas Oíl, Fuel Oil.
68
Combustible y aire deben ser tratados para limpiarlos de impurezas, partículas sólidas y azufre (líquidos)Alimentación de combustible = 8 a 24 bar.
35
69
Aprovechamiento de los Gases de escape
INTERCAMBIADORDE CALOR
ATM
PROCESO
CAMARA DECOMBUSTION
COMBUSTIBLE
DE CALOR
70
GENERADOR
AIRE
TURBINA A GASCOMPRESOR
36
Ciclo Combinado
INTERCAMBIADORDE CALOR
ATM
GENERADOR
TURBINA A VAPOR
VAPOR
AGUACOMBUSTIBLE
CAMARA DECOMBUSTION
BOMBA
CONDENSADOR
COMBUSTIBLE
71AIRE
COMBUSTION
TURBINA A GASCOMPRESOR
GENERADOR
Ciclo Combinado
72
37
Características principales
Energía no renovable
Generación a voluntad
Solamente GN ó GO
Período de maduración 18 a 24 meses
Costo 700 u$s/kW
i i d /
73
Requerimiento de Agua = 1/3 TV
Arranque= 6 a 12 horas
Ciclo Combinado
• La energía residual que posee el gas de descarga de la TG se utiliza en
los CC para generar vapor, recuperando energía que de otra forma sería
desperdiciada lanzándola a la atmósfera, cuando la TG opera a ciclo
abierto.
• Los gases de combustión de la TG contienen un elevado contenido de
oxígeno, debido al elevado exceso de aire con que opera, en ocasiones
se utiliza para quemar un aporte adicional de combustible
74
denominándose caldera de recuperación con post‐combustión
38
Turbinas a Gas
75
TG Alstom/GE F9E116 MW
C.T. San Miguel
76
39
Motores de explosión
77
Motores de Combustión Interna•Desarrollado por Nicoló Barsanti y Felice Matteucci 1853 (Nuovo metodo d’impegiare la esplosione d’una mescolanza d’aria atmosferica e di un gas infiammabile o in generale la esplosione di un fluido detonante per conseguire una forza motrice, o una forza utile) Nikolaus Otto 1862, Alphonse Beau de Rochas 1861, Rudolf Diesel 1892 (1900 Aceite de Maní), , p , ( ),Stirling 1900,Wankel 1927,
•Su principio físico es desarrollar energía mecánica a partir de energía térmica, en cuatro tiempos, durante dos vueltas completas de cigüeñal mediante la combustión de una mezcla de aire y carburante.
78
40
Karl BenzNikolaus Otto Rudolf Diesel Felix WankelNicoló Barsanti Felice Matteucci
1853 1867
79
1886
Diesel 1906
PANHARD DE 12 CABALLOS (1898)El triciclo de Daimler Movido por un motor de combustión interna y presentado en 1886. Fue la
primera motocicleta de la historia
80
primera motocicleta de la historia.
41
MOTOR DE EXPLOSIÓN•Desarrollado por Nikolaus Otto y Alphonse Beau de Rochas en 1862 y 1861, respectivamente. 1876
•Su principio físico es desarrollarSu principio físico es desarrollar energía mecánica a partir de energía térmica, en cuatro tiempos, durante dos vueltas completas de cigüeñal mediante la combustión de una mezcla de aire y carburante.
•Rendimiento: Muy variable aprox 50%.
A li i
81
•Aplicaciones:
•Transporte.
•Generación de energía eléctrica autónomamente.
Velocidad de rotación• Baja Velocidad: < 300 rpm
• Velocidad Media: 300 a 900 rpmp
• Alta Velocidad: > 900 rpm
82
42
Balance Energético Motor
SALIDA ELÉCTRICA
CARGAS PARASITAS0,6 %
DESPUES CAJAENGRANAJES45,1 %
P É RDIDA DEL GENERADOR1,3 %
Entrada de combustible 100 %- GAS 99 %- PILOTO FUEL 1 %
Eje del Motor47,0 %
83
CALOR DEL MOTOR
53,0 %
Flexibilidad de combustible de los motores
HFO-Water EmulsionBio Diesel
Rape Seed OilOrimulsion
Palm OilHigh Viscosity HFO
HFO-Water Emulsion
Petróleo Crudo
84
DieselÓleo Combustible
1970 1980 1990 2000 2010 2004
Gas Natural
43
85
86
44
87
88
45
89
Generación Nuclear
90
46
Energía Nuclear de FisiónEs la energía asociada al uso del uranio. La forma de energía que se aprovecha del uranio es la energía interna de sus núcleos. Se transforma en energía eléctrica. Una parte importante del suministro de energía eléctrica en los países desarrollados tiene origen nuclear
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Importantes reservas de uranio • Alto riesgo de contaminación en caso de accidenteImportantes reservas de uranio • Tecnología bien desarrollada • Gran productividad. Con pequeñas
cantidades de sustancia se obtiene gran cantidad de energía.
• Aplicaciones pacíficas y médicas
Alto riesgo de contaminación en caso de accidente • Producción de residuos radiactivos peligrosos a corto
y largo plazo • Difícil almacenamiento de los residuos producidos • Alto coste de las instalaciones y mantenimiento de las
mismas • Posibilidad de uso no pacífico
91
Central Nuclear1. Edificio de contención
primaria 2. Edificio de contención
secundaria 3. Tuberías de agua a
presión 4 Edifi i d t bi4. Edificio de turbinas 5. Turbina de alta presión 6. Turbina de baja presión 7. Generador eléctrico 8. Transformadores 9. Parque de salida 10. Condensador 11. Agua de refrigeración 12. Sala de control 13. Grúa de manejo del
combustible gastado 14. Almacenamiento del
combustible gastado 15. Reactor
92
16. Foso de descontaminación
17. Almacén de combustible nuevo
18. Grúa del edificio de combustible
19. Bomba refrigerante del reactor
20. Grúa de carga del combustible
21. Presionador 22. Generador de vapor
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PWR Comb= Ur enriq, Mod= Agua, Ref =Agua HWR Comb= Ur nat, Mod= Agua pe, Ref =Agua pe BWR Comb= Ur enriq, Mod= Agua, Ref =Agua
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Generación Nuclear
El proceso de fisión nuclear es utilizado para producir energía eléctrica, como interacción entre un neutrón y el ú ánúcleo de un átomo fisionable como por ejemplo Ur235.
De ahí resulta la subdivisión del átomo , liberando energía y dos átomos más livianos.El control de la reacción requiere de un elemento moderador y un elemento para el enfriamiento.L di i ió d l í té i tili d
94
La disipación de la energía térmica es utilizada para producir vapor, la que es utilizada en una turbina de vapor convencional.
48
Generación Nuclear NEUTRONES RAPIDOS
EN EL MEDIOMODERADOR
NEUTRONMODERADO
U 235
95
PROCESO SIMPLIFICADO DELA FISION NUCLEAR
MODERADORD2O
U235
PRODUCTOS DEFISION
Fisión• El uranio presente en la naturaleza sólo contiene un 0.71% de uranio 235, el
resto corresponde al isótopo no fisionable uranio 238. Una masa de uranio nat ral por m rande q e sea no p ede mantener na rea ión en adenanatural, por muy grande que sea, no puede mantener una reacción en cadena, por que solo el Uranio 235 es fácil de fisionar. Es muy probable que un neutrón producido por fisión, con una energía inicial elevada (1MeV), inicie otra fisión, pero esta probabilidad puede aumentarse cientos de veces si se frena el neutrón a través de una serie de colisiones elásticas con núcleos ligeros como hidrógeno, deuterio o carbono. En esto se basa el diseño de los reactores de fisión aplicados a la producción de energía eléctrica
• El proceso de fisión iniciado por la absorción de un neutrón en el uranio 235
96
p plibera como promedio 2.5 neutrones en los núcleos fisionados. Estos neutrones provocan rápidamente la fisión de varios núcleos más , con lo que liberan cuatro o más neutrones adicionales e inician una serie de fisiones nucleares automantenidas, una liberación en cadena que lleva a la liberación continua de energía nuclear.
49
Generación Nuclear
GENERADOR
TURBINA A VAPOR
ENERADOR DE VAPOR
REACTOR
PRESURIZADOR
CONDENSADORNUCLEO
PWR
97
BOMBA
BOMBA
REFRIGERANTEPRIMARIO
ReactorPWR Pressurized Water ReactorPHWR Pressurized Heavy Water Reactor (Atucha)HWR Heavy Water Reactor (Embalse)BWR Boling Water ReactorGCR Gas Cooled Reactor
Generación Nuclear Los reactores se clasifican de acuerdo a la sustancia que utilizan como moderador y refrigerante, las más comunes son:
PWR (Pressurized Water Reactor): reactores con agua liviana a presión como refrigerante y moderador
PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) reactores con agua pesada a presión como refrigerante y moderador
BWR (Boiling Water Reactor) Reactores de agua l b ll ó f
98
liviana en ebullición como refrigerante y moderador.
GCR (Gas Cooled Reactor) reactores refrigerados por gas y moderados por grafito
LWR (Light Water Graphite Reactor) reactor refrigerado con agua liviana y moderador de grafito
50
Atucha II
Características técnicas:Características técnicas:◦ Combustible ULE Uranio Levemente Enriquecido
◦ Eficiencia Térmica Bruta 34%
◦ Eficiencia Térmica Neta 32%
◦ Factor de Carga esperado 85%
◦ Nº elementos en el núcleo 451 elementos
◦ Potencia Bruta 745 MW
◦ Potencia Neta 692 MW
◦ Potencia Térmica del Reactor2161 MW
◦ Quemado de extracción 14.2 MWD/kg U
99
100
Movimiento de recipiente del reactor en ATUCHA II
51
Centrales Nucleares en el Mundo
• Potencia Instalada = 365.000 MW
– EUA = 20% de su producción eléct.
– Rusia= 17%
– Francia= 78%
– Gran Bretaña= 24%
– Japón= 25%
– Canadá= 13%
– 6 países 75% de la producción mundial101
Países con centrales nucleares
• País centrales % de su potencia• País centrales % de su potencia
• EEUU 104 15
• Rusia 30 10
• Francia 59 65
• G.Bretaña 23 19
• Japón 54 22
• Canadá 17 12
102
52
Características principales
• Energía no renovableg
• Costo, de 2.500 a 3.000 u$s/kW, debido a sistemas de seguridad redundantes.
• Tiempo de maduración de tres a cuatro años
• A nivel mundial 440 centrales, con una potencia total de 365.000 MW
• NO producen CO2
103
104
53
Energías Renovables
Procesos de producción de energía
Son Aquellas que pueden producirse en forma continua y resultan inagotables a escala humana
eléctrica que utilizan como energía primaria la energía eólica, solar
fotovoltaica, geotérmica o hidráulica entre otras.
105
Fuentes de energías renovables:
HidráulicaSolarSolar◦ Térmica◦ Fotovoltaica
EólicaBiomasa
106
Química◦ Pilas de combustible
Fusión Nuclear
54
Tecnología Características TípicasCostos de Energía
Típicos(cu$s/kWh)
Generación EléctricaHidroeléctricas grandes Potencia de planta: 10 megawatts (MW)–18,000 MW 3–4Hidroeléctricas pequeñas Potencia de planta: 1–10 MW 4–7Eólicas en tierra Potencia de la turbina: 1–3 MW 5‐8
Diámetro Aspas: 60–100 metros Eólicas mar adentro Potencia de la turbina: 1.5–5 MW 8‐12
Diá A 70 125Diámetro Aspas: 70–125 metros Biomasa Potencia de planta: 1–20 MW 5‐12
GeotermiaDoble‐flash, vapor natural [double‐flash, natural steam] 4‐7
Solar FV (modulo)
Tipo de celda y eficiencia: cristal simple ‐single‐crystal‐17%; policristalino –polycrystalline‐ 15%; silicona amorfa ‐amorphous silicon‐ 10%; película delgada ‐thin film‐ 9‐12% ‐
Solar FV sobre techos Potencia instalada pico: 2–5 kilowatts‐pico 20‐80*
Concentradores solares térmicosPotencia de planta: 50–500 MW (colector), 10‐20 MW (torre); Tipos: colector ‐ trough‐; torre o receptorConcentradores solares térmicos
(CSP)(torre); Tipos: colector trough ; torre o receptor central ‐tower‐, plato –dish 12–18†
Calentamieto de AguaCalentamieto con Biomasa Potencia de planta: 1–20 MW 1–6 1‐6Calentamiento solar Tamaño: 2–5 m2 (hogar); 20–200 m2 2–20 (hogar)
(mediano/multi‐familia); 0.5–2 MWth 1–15 (mediano)(grande/district heating); Tipos: evacuated tube, flat‐plate 1–8 (grande)
Calentamiento/ enfriamiento geotérmico
Potencia de planta: 1–10 MW; Tipos: heat pumps, direct use, chillers 0.5–2 0,5‐2
Biocombustibles
Etanol
Productos agrícolas: caña de azúcar, remolacha azucarera,maíz, mandioca, sorgo, trigo (y celulosa a futuro)
25–30 cent/litro (azúcar) 40–50 cent/litro (maíz) (gasolina equivalente)
Biodiesel
Productos agrícolas: soja, colza o canola, semillas demostaza, palma, jatropha, o aceites vegetales usados.
40–80 cents/litro (diesel equivalente)
Energía Rural (fuera de red)Energía Rural (fuera de red)Mini‐hidroeléctricas Potencia instalada: 100–1,000 kilowatts (kW) 5–10 5–10Micro‐ hidroeléctricas Potencia instalada: 1–100 kW 7–20 7–20Pico‐ hidroeléctricas Potencia instalada: 0.1–1 kW 20–40 20–40Digestor a biogas Tamaño del digestor: 6–8 metros cúbicos n/a n/aGasificador a biomasa Tamaño: 20–5,000 kW 8–12 8–12Pequeña turbina eólica Potencia de la turbina: 3–100 kW 15–25 15–25Turbina eólica hogareña Potencia de la turbina: 0.1–3 kW 15–35 15–35Mini red para comunidad Potencia del sistema: 10–1,000 kW 25–100 25–100Sistema Solar hogareño Potencia del sistema: 20–100 watts 40–60 40–60
Nota: Los costos son costos económicos, excluyen subsidios o incentivos de política. Los costos típicos de la energía corresponden a las mejores condiciones posibles, incluyendo el diseño del sistema, localización, y disponibilidad de recursos. Condiciones óptimas pueden arrojar costos menores, condiciones menos favorables pueden resultar en costos substancialmente superiores. Los costos de sistemas híbridos de generación eléctrica fuera de red empleando renovables dependen fuertemente del tamaño del sistema, localización y aspectos asociados como respaldo de diesel y depósito de baterías. (*) Costos típicos entre 20-40 centavos por kWh corresponden a latitudes bajas con radiación solar de 2500 kWh/m2/año, 30-50 centavos/kWh para 1500 kWh/m2/año (típico del sur de Europa), y 50-80 centavos para 1000 kWh/m2/año (latitudes superiores). (†) Costos para plantas colectoras; los costos caen al incrementarse el tamaño de planta. Fte: PÁGINA 16 ENERGÍA RENOVABLE 2007 GLOBAL STATUS REPORT Tabla 1. Situación de las Tecnologías Renovables —Características y Costos
55
G ió Hid á liGeneración Hidráulica
109
Energía HidráulicaEs la energía asociada a los saltos de agua ríos y embalses La forma de energía que posee el agua de los embalses es energía potencial gravitatoria, que podemos aprovechar conduciéndola y haciéndola caer por efecto de laconduciéndola y haciéndola caer por efecto de la gravedad. Se puede transformar en energía mecánica en los molinos de agua y en energía eléctrica en las centrales hidroeléctricas. (Noruega= 99%, RDCongo= 97%, Brasil= 96%)
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Es una energía limpia • No contaminante • Su transformación es directa • Es renovable
• Imprevisibilidad de las precipitaciones • Capacidad limitada de los embalses • Impacto medioambiental en los ecosistemas • Coste inicial elevado (construcciones de grandes
embalses) • Riesgos debidos a la posibles fallas de la presa
110
56
Desarrollo Histórico
• 1740 Barker
1832 F• 1832 Fourneyron
• 1837 h > 100 m
• 1849 Francis
• 1893 Hidroelectricidad (Westinghouse, Niagara Falls Power Co)
111
Ciclo del Agua
CondensaciónVientos
LLuvias
Nieve
112
Evaporación
57
Annual average precipitation (mm/day) 1988-1996. Source : adapted from NOAA, through NET Ltd.,St. Ursen, Switzerland
Centrales Hidroeléctricas
La potencia de una turbina hidráulica viene dada por P= f (η, γ, Q, H) P = 8 Q H [kW]
Ejs: Con un salto de 140 m y un caudal de 300 m3/seg, se obtendría una potencia de 336 MW
114
Un salto de 30 m y un caudal de caudal de 5000 m3/seg nos da una potencia de 1200 MW
58
Central Hidroeléctrica1. Agua embalsada 2. Presa 3. Rejas filtradoras 4. Tubería forzada 5. Conjunto de grupos turbina
alternador-alternador 6. Turbina 7. Eje 8. Generador 9. Líneas de transporte de
energía eléctrica 10. Transformadores
115
Turbinas Hidráulicas
En las centrales hidroeléctricas se realiza la transformación de la potencia hidráulica contenida en el producto Q x H caudal turbinado m3/s por altura enel producto Q x H caudal turbinado m3/s por altura en m, para obtener una potencia eléctrica al rodar la rueda solidaria a un generador.
Alta Media Baja Grande Medio Pequeño
Altura útil Caudal
116
>250m 50<h<250 m <50 m >100 m3/s 10<Q<100 m3/s <10 m3/s
59
Turbinas Hidráulicas La búsqueda del máximo rendimiento condujo al diseño de distintos tipos de turbinas hidráulicas siendo la altura el condicionante del diseno a aplicar:la altura el condicionante del diseno a aplicar:
Pelton: grandes saltos > 200 m hasta 1500 mFrancis: saltos medios 20 a 500 mKaplan: saltos menores < 70 m (paso orientable)En las zonas de transición la elección del tipo mas conveniente de turbina constituye un problema
117
conveniente de turbina constituye un problema complejo de índole técnico económica
Tipos de Aprovechamientos
Centrales de pelo de agua o de pasada:Se consideran así a las centrales que poseen una baja capacidad de almacenamiento. Se caracterizan por el pasaje constante de agua. No pueden almacenar grandes cantidades de agua para la época se seca.Centrales de embalse:Poseen una mayor capacidad de almacenamiento, siendo posible regular su utilización en función de las necesidades. Por ejemplo durante el invierno el el embalse retiene agua de nieve p[ara ser usada en el verano.Los embalses constituyen un medio de regulación del régimen de afluencias hidráulicas a lo largo del año o inter años permitiendo las transferencias energéticas
118
de una época a otra. Centrales de Bombeo:Resultan de utilidad en los periodos en que hay bajo consumo existiendo energía en exceso para utilizar en el bombeo del embalse inferior al superior. En ese momento el grupo invierte su funcionamiento y el alternador pasa a funcionar como motor actuando la turbina como bomba.
60
119
Instalación multipropósito
• Regulación de caudales
• Disponibilidad de agua para uso humano
• Capacidad de riego
• Generación de energía
120
61
Características principales• ‐Energía renovable
‐Instalación multipropósito
‐Generalmente alejada de los centros de
consumo
Energía aleatoria, pero previsible
Período de maduración, 4 a 6 años
Costo de 2500 a 3000 u$s/KW
121
Costo, de 2500 a 3000 u$s/KW
122
62
Centrales hidráulicas Principales
• Central Ubicación Potencia(MW) Año de operación
• Alicurá Comahue 1.000 1984/5
• El Chocón Comahue 1.200 1973/7
• Piedra del Águila Comahue 1.400 1993/4
• Planicie Banderita Comahue 450 1978
• Río Grande Centro 750 1986
• Futaleufú Patagomia 448 1978
• Yacyretá Binacional 2.700 1994
123
• Salto Grande Binacional 1.890 1978
Turbinas Hidráulicas
Francis
Pelton
124
Kaplan
63
Turbinas Hidráulicas ‐ Pelton
125
Turbina Pelton
126
64
127
128
65
Turbina Kaplan
129
130
66
Turbinas Francis
131
132
67
Central Hidroeléctrica de Bombeo
1. Embalse superior 2. Presa 3. Galería de conducción 4. Tubería forzada4. Tubería forzada 5. Central 6. Turbinas y generadores 7. Desagües 8. Líneas de transporte de
energía eléctrica 9. Embalse inferior o río
133
134
68
Generación Hidráulica ‐ BombeoP
Pmax
P’max
135
Bombeo
Central de Bombeo – Río Grande
136
69
Características Físicas del Sector EléctricoEsquema de Cuencas Hídricas
Río Tercero
Río
Uru
guay
CH
Sal
toG
ran
de
CH
Yac
yret
áR
ío P
aran
á
CH
Cab
ra C
orra
lR
ío P
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Jura
men
to
Río
de
las
Conc
has
CH
Pie
dras
Mor
as
CH
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lín
CH
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CH
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CH
B R
ío G
ran
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H A
rroy
o C
orto
Río Grande
al o oga
CuencaMediterránea
Cuenca delPlata
Río TerceroRío Quillinzo
Río de la Cruz
Río Chico
Río Gastona
Río Seco
CH
El C
adill
a
CH
Río
Hon
do
CH
Los
Qu
iro
Río Chusca
Río Chulca
Río Taconas
Río CañasRío Vipos
Río Salí Río DulceRío Acequiones
Río Realeso
Río NevadooRío Chavarría
Río Marapa
CH Pueblo Viejo
CH Escaba
CH Cruz del Eje
CH San Roque
CH Los Molinos I y II
Río Cruz del Eje
Río Primero
Río Segundo
Río Los Rearteo
Río San Pedroo
Río del Medio
Río Espinillo
Río San Juan
Río Mendoza
Río Tunuyán
Río
Sal
ado
CH Ullum y Quebrada de Ullum
CH Cacheuta CH Alvarez Condarco
CH El Carrizal
CH Aguadel Toro CH Los Reyunos
137
Cuenca PatagónicaVertiente Atlántica
Cuenca PatagónicaVertiente Pacífico
Cuenca CuyanaRío Diamante
Río Atuel
Río Colorado
Rdel Toro CH Los ReyunosCH El Tigre
Sistema Nihuil
CH Planicie Banderita
CH
El C
hoc
ón
CH
Arr
oyit
o
CH
Pic
hi P
icú
nLe
ufú
CH
Pie
dra
del
Agu
ila
CH
Alic
urá
Río Collón Curá
Río Neuquén
Río Limay Río Negro
Río Chubut
CH
Flo
ren
tin
oA
meg
hin
o
CH
Fu
tale
ufú
Río Futaleufú
Río qmed q10% q90%Uruguay 4950 7920 2500Paraná 12480 15015 9214Neuquén307 434 180Estacionalidad
Características Físicas del Sector EléctricoEstacionalidad, Caudales Principales Ríos
qLimay 269 352 174Collón Curá 408 545 250Negro 980 1285 616Diamante 35 68 15Grande 11 28 2
EstacionalidadQ= m3/seg
138
70
Distribución de los Aportes hidráulicos
139
Provincia Central Río Pot MW EMA GWh FU Ejecución años
Chubut Caridad Carrenleufu 42 257 70%
Chubut Frontera Carrenleufu 80 420 60%
Chubut Jaramillo Carrenleufu 24 81 39%
Chubut La Elena Carrenleufu 100 650 74%
Proyectos Hidráulicos Argentina
Chubut Puesto Bustos Carrenleufu 115 561 56%
Chubut Río Hielo Hielo 50 320 73%
Corrientes Aña Cuá Paraná 250 1900 87% 1 a 3
Corrientes Garabí Uruguay 1500 7200 55%
Corrientes Itatí Itacorá Paraná 1660 11300 78% 5
Corrientes Paraná Medio Norte Paraná 2850 15500 62%
E. Ríos-Santa Fe Paraná Medio Sur Paraná 3000 18600 71%
Mendoza Cordón del Plata I Mendoza 850 2270 30%
Mendoza Cordón del Plata II Mendoza 210 440 24%
Mendoza Cordón del Plata III Mendoza 320 560 20%Mendoza Cordón del Plata III Mendoza 320 560 20%
Mendoza El Baqueano Diamante 190 460 28%
Mendoza El Seguro Grande 55 360 75%
Mendoza La Estrechura Grande 44 360 93%
Mendoza Los Blancos I Tunuyán 324 900 32%
Mendoza Los Blancos II Tunuyán 144 380 30%
Mendoza Portezuelo del Viento Grande 90 650 82%
Mendoza Rincón de los Godos Grande 30 250 95%
Mendoza Risco Negro Grande 50 340 78% 140
71
Provincia Central Río Pot MW EMA GWh FU Ejecución años
Misiones Corpus Paraná 2900 19000 75% 6 a 7
Neuquén Collón Curá Collón Curá 370 1460 45%
Neuquén El Chihuido I Neuquén 850 2400 32%
Neuquén El Chihuido II Neuquén 228 1090 55%
R. Negro Neuquén Michihuao Limay 620 2870 53%
Río Negro Allen Negro 170 1100 74%
Río Negro Mainque Negro 174 1120 73%
Rí N R N 168 1030 70%Río Negro Roca Negro 168 1030 70%
Río Negro Villa Regina Negro 172 1110 74%
Salta Arrazayal Bermejo 83 465 64% 5
Salta Las Pavas Bermejo 75 386 59% 5
Salta Zanja del Tigre Bermejo 234 945 46%
Santa Cruz Condor Cliff Santa Cruz 750 3000 46%
Santa Cruz La Barrancosa Santa Cruz 250 1760 80%
Santa Cruz La Leona La Leona 240 1000 48%
Tucumán Potrero del Clavillo Gastona-Medina 120 375 36%
19382 102870 61%
141
El evento crítico se produce en horas de demanda máxima y en hidrologías secas
MW Hidrología RicaMW
Hidrología Seca
Hidrología Media
Hidrología Rica
Capacidad probable del Sistema
Alta probabilidad de pérdida de carga ante indisponibilidad de unidades
Baja probabilidad de pérdida de carga ante indisponibilidad de unidades
1428760 hs
Demanda
Horas de Punta
72
Potencial hidroenergético.
Argentina:EMA = 191 TWh 48 GWEMA = 191 TWh – 48 GWE95%PEXC= 25.9 TWh – 3.24 GW
Brasil:EMA = 519 TWh – 90 GW
Año Seco:Argentina= 13%Brasil= 74%
143
EMA = 519 TWh 90 GWE95%PEXC= 382 TWh – 47.8 GW
E. Aprovechable Argentina= 100 a 130 TWh
Central Hidroeléctrica
PLANTA PLANTA
CORTE
CORTE
144
73
Central Hidroeléctrica
De gravedad
145
De Bóveda
Central Hidroeléctrica
caudal mediano y salto mediano
146alta presión y bajo caudalbaja caída y alto caudal
74
Energía del Mar
Energía del Mar
• Energía de las olas ‐ undimotriz– Aprovechamiento del movimiento
oscilatorio de la superficie del mar.
• Energía mareomotriz– Aprovechamiento de las mareas debido a la fuerza gravitatoria de la luna y su interacción con la rotación
75
Amplitud de MareasPuertos o bahías Amplitudes de marea (m)
Puerto Peñasco, Sonora, México 8,0
Liverpool, Bristol, Inglaterra 10,0
Braunagar, India 12,5
Bahía Collier, Australia 14,0
Bahía Mont Saint Michel, Francia 15,0
Río Gallegos, Argentina 18,0
Bahía Fundy, Canadá 19,0
La primera gran central mareomotriz para la producción de energía eléctricacomercial se construyó en 1967 en el Estuario de Rance, Francia; es la centralmareomotriz más importante del mundo con una potencia instalada de 240 MW,un caudal de 20.000 m3/s, un salto de agua de 8 metros y un dique de más de 700m, siendo la superficie de agua embalsada de 17 km2.
76
Energía Undimotriz
• Energía de las olas– La potencia mecánica de las olas depende de la altura media de las olas y del período (tiempo) entre ellas.
– P= 0.49 * Hs2 * Te (kW / m)
– P= potencia / m de longitud de ola, kW/m
– Hs= altura cuadrática media, m
– Te= Período, seg
Región Pacíf Central Pacíf Sur Atlán Central Atlántico Sur Centro América Norte América
Típico 10‐22 30‐50 10‐20 25‐35 11‐15 12‐30
Máximo 95‐97 Cabo de Hornos
95‐97 Cabo de Hornos
95‐97 Cabo de Hornos
95‐97 Cabo de Hornos
40‐65 Alaska
77
Esquema de la Columna de Agua Oscilante – Oscillating Water Column (OWC) –, una chimenea instalada en el lecho del mar que admite las olas a través de una apertura cerca de su base. Al subir y caer las olas en el mar abierto, la altura de la columna de agua que contiene también sube y baja. Cuando el nivel del agua sube, el aire es forzado hacia arriba y fuera a través de una turbina que gira e impulsa el generador.
78
Las olas son una forma terciaria de energía solar, en la que la temperatura desigual de la superficie de la Tierra genera viento, y el viento soplando sobre el mar genera olas. A pesar de que el 75% de la superficie de la Tierra, está cubierta por agua, las olas son una fuente de energía por explorar, comparadas con el desarrollo que han tenido otras como la
l l ólisolar o la eólica.
Hasta hace relativamente poco, el uso de la energía de las olas ha estado limitado a pequeños sistemas que podían generar decenas o centenas de watios. Al igual que una boya que sube y baja con las olas, la columna oscilante de agua (OWC) en el cilindro de una boya marina actúa como un pistón, empujando aire hacia arriba o succionándolo haciapistón, empujando aire hacia arriba o succionándolo hacia abajo.
Esta potencia neumática puede ser convertida en electricidad si empleamos una turbina como generador.
El recurso potencial se estima en unos 2.000 gigavatios (GW), si bien la UNESCO lo ha declarado como de aproximadamente el doble de esa cantidad. Lo que hace falta calcular es qué cantidad es posible cosechar y suministrar a un precio económico. La posibilidad de obtener energía de las olas se ha estudiado desde la época de la Revolución Francesa, cuando las primeras patentes fueron registradas en París por un padre e hijo de apellido Girard. Ellos habían observado que “la enorme masa de un barco de la línea, que ninguna otra fuerza es capaz de levantar, responde al más leve movimiento de las olas”.Poco progreso tuvo lugar en convertir este movimiento en energía útil hasta el últimoPoco progreso tuvo lugar en convertir este movimiento en energía útil hasta el último cuarto del siglo pasado, principalmente por falta de conocimiento científico de lo que era una ola, cómo avanzaba y cómo podría ser transformada. Por otra parte, también existía un merecido respeto por la naturaleza formidable de la tarea, y el considerable capital necesario tampoco estaba disponible.A diferencia de la energía hidroeléctrica, la energía de las olas no puede contar con el flujo de agua en una sola dirección. No es posible colocar una rueda de agua en el mar y hacerla girar y generar electricidad, a pesar de que, para el espectador en la costa, parecería que las olas avanzan hacia la costa en línea recta. Leonardo da Vinci observó que, cuando el viento soplaba sobre un trigal parecía que q , p g p qolas de trigo corrían a través del trigal, mientras que, en efecto, sólo las puntas individuales se movían ligeramente. Lo mismo sucede con las olas en el mar, que también pueden compararse con el movimiento de una cuerda para saltar. Cuando se mueve uno de sus extremos, una forma de onda se transporta al otro – pero la cuerda misma no avanza.
David Ross es autor de Energy from Waves (Pergamon, 1979), Power from the Waves (Oxford University Press, 1995) y Scuppering the Waves (Open University Network for Alternative Technology, 2001).
79
Alemania - Energie Baden-Württemberg Ag (EnBW) y Voith Siemens Hydro Power Generation GmbH & Co -Mar del Norte - 250kW -120 hogares.
Corrientes Marinas
80
Generación Eólica
160
81
Energía Eólica
• Es la energía asociada al viento.
• La forma de energía que posee es la energía cinética del viento,La forma de energía que posee es la energía cinética del viento, que podemos aprovechar en los molinos, en la navegación a vela,...
• Se puede transformar en energía mecánica en los molinos de vientos o barcos de vela, y en energía eléctrica en los aerogeneradores.
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Limpia • Sencillez de los principios
aplicados • Conversión directa • Empieza a ser competitiva
• Intermitencia de los vientos • Dispersión geográfica • Impacto ambiental sobre ecosistemas • Generación de interferencias • Tecnología en desarrollo • Dificultad de almacenamiento
161
Central Eólica
1. Turbina 2. Cables conductores 3. Carga de frenado 4 Toma de tierra4. Toma de tierra 5. Caja de control
batería 6. Fuente auxiliar 7. Acumuladores 8. Líneas de
transporte de energía eléctrica
162
82
Molinos de Viento
163
Evolución Histórica
164
83
165
Evolución Histórica
• Edad Antigua‐Media: Energía Mecánica.
• 1900‐1980: Energía Eléctrica
166
84
Evolución Histórica
1980 ‐ 1986: Boom California.
l 15 000 Turbinas de 50 a 100
1986 ‐ 1990: Quiebre.
95% Californial 15.000 Turbinas, de 50 a 100 kW.
l + 50% incentivos.
l + 50% Manufactura en Dinamarca.
– 95% California.
– 250 kW (Danés).
1990 ‐ 2001: Renace.
l 10.000 MW.
l 500 ‐ 750 kW.
l + 80% en Europa
167
l 80% en Europa
l + 90% Manufactura Europea.
Centrales Eólicas
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85
15 30 50 80 120 m Ø
Mean annual production of 1.5 MW variable speed wind turbines (HH = 80 m) in full load hours.Source: G. Czisch
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Centrales Eólicas
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Centrales Eólicas MW
m/s
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87
Energía Solar
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Energía Solar
Es la energía asociada a la radiación solar. La forma de energía que posee el Sol es energía nuclear interna que se transforma en la energía que emite mediante procesos de fusión. El Sol g q pemite sin cesar lo que se llama energía radiante o, simplemente, radiación. Se transforma en lo que habitualmente se denomina energía térmica y en energía eléctrica. Se puede realizar directamente (fotovoltaica) o indirectamente.
VENTAJAS INCONVENIENTES
•Limpia •Sencillez de los principios aplicados
•Conversión directa •Empieza a ser competitiva
• Grandes variaciones en el tiempo de irradiación • Es aprovechable sólo en algunas partes del planeta • Necesidad de grandes superficies de captación para su
aprovechamiento a gran escala • Tecnología en desarrollo • Dificultad de almacenamiento
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88
Figure 64 : World direct horizontal radiation [kWh/m2-yr] 1983-1992Source: ECMWF, NCEP, G. Czisch, Iset/IPP, 2000
SolarCaptación Térmica
La energía Solar de Baja Temperatura es la mas difundida se utiliza principalmente paramas difundida, se utiliza principalmente para la producción de agua caliente
La tecnología solar termoeléctrica de alta temperatura consiste en el empleo de la radiación solar para el calentamiento de un
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fluido que luego circula por una turbina.
Para su ejecución es necesario disponer de elementos de concentración óptica.
89
Anuncios de 1892
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Calentador de Agua 1911
Central Solar1. Caldera 2. Campo de
helióstatos 3. Torre 4. Almacenamiento
térmico 5. Generador de
vapor 6. Turbo-alternador 7. Aero-condensador 8. Líneas de
transporte de energía eléctrica
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90
179
Central Eólico Solar
1. Chimenea de conducción del aire caliente
2. Regulador entrada de2. Regulador entrada de aire
3. Turbina 4. Generador 5. Zona de invernadero 6. Tensores de equilibrio
chimenea 7. Edificio de
transformadores 8. Líneas de transporte de
energía eléctrica
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91
181
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Energía de la BiomasaEs la energía asociada a los residuos orgánicos generados en la transformación de productos agrícolas, forestales y a los residuos sólidos urbanos. Se trata de aprovechar la energía interna de estos residuos. También se cultivan grandes superficies específicamente para producir biomasabiomasa. Se puede transformar en combustibles sólidos (carbón vegetal), líquidos (alcohol y otros) y gaseosos (biogás). De su combustión se puede obtener energía eléctrica.
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Favorece el reciclaje de residuos urbanos • Contribuye a una mejor limpieza de los bosques y
como consecuencia previene incendios forestales • Aprovecha ciertos terrenos que no son válidos para
otros cultivos.
• Necesidad de grandes superficies de cultivo
• Tecnología en desarrollo
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Recurso Biomásico
• La biomasa es una fuente renovable de energía porque su valor proviene del Sol.valor proviene del Sol.
• A través del proceso de fotosíntesis, la clorofila de las plantas captura su energía y convierte el dióxido de carbono CO2 del aire y el agua del suelo en carbohidratos, para formar materia orgánica.
• Cuando estos carbohidratos se queman, regresan a su forma de dióxido de carbono y agua liberando la energía contenidade dióxido de carbono y agua, liberando la energía contenida.
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93
Rendimiento energético proceso de fotosíntesis muy bajo
• Máximos teóricos:– A nivel celular = 30%A nivel celular = 30%– A nivel cultivo = 6% de la energía solar incidente (cultivos tropicales)
– Zonas templadas = 1‐2%– A nivel mundial= 0.1% (4 veces consumo mundial)
• Problemas:C d l 40% bi á i– Cerca del 40% es biomasa acuática
– Biomasa terrestre muy dispersa– Se debe descontar la energía necesaria para su cultivo, recolección y transformación en combustible útil
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Global biopower resources biomass resources – in absolute terms – showing countries with high bioenergy potential greater than 5 GW. Source: DOE Biopower
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Biocombustibles
• Etanol– Se produce de la fermentación de cultivos que contienen azúcares o
ll d i ú l l id ( íaquellos que pueden convertir en azúcares los almidones (maíz. papa, remolacha, caña de azúcar, etc) , o las celulosas (árboles). Al mezclarse con las naftas, naftanol, que reduce los niveles de contaminación por el alto contenido de oxígeno del etanol
• Biodiesel– Es un éster (similar al vinagre) que se produce a partir de aceites
vegetales, grasas animales y grasas comestibles recicladas. Mediante un proceso de transesterificación, los aceites orgánicos son combinados con alcohol (etanol o metanol) y alterados químicamente para formar ésteres grasos. El biodiesel puede mezclarse con el gas oil o usase puro en motores de combustión interna ciclo Diesel, con mínimas modificaciones.
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Energía Geotérmica
Es la energía interna y cinética asociada al vapor de agua que sale directamente a la superficie en zonas volcánicas y al aumento de temperatura que se
VENTAJAS INCONVENIENTES
volcánicas y al aumento de temperatura que se produce conforme profundizamos en la superficie terrestre. Se transforma en energía eléctrica o en energía térmica para calefacción.
• Limpia • En los sitios donde se da, es
abundante
• No renovable • Sólo es aprovechable en lugares muy
concretos • Tecnología en desarrollo
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Geothermal potential in the world taking into account temperature difference of 170 K and depths not > 6 km. Source: B. Lehner (USF) and G. Czisch (ISET)
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Energía Nuclear de Fusión• Recibe el nombre de fusión nuclear la reacción en la que dos núcleos muy
ligeros (hidrógeno) se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía.
• Para que tenga lugar la fusión los núcleos cargados positivamente deben• Para que tenga lugar la fusión, los núcleos cargados positivamente, deben aproximarse venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. La energía cinética necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se suministra en forma de energía térmica (fusión térmica)
• La energía del Sol es un ejemplo de este tipo de energía. Actualmente se intentan reproducir los mismos procesos de fusión que ocurren en el Sol, pero de forma controlada.
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Escasa contaminación • Recursos prácticamente ilimitados
• Dificultad del desarrollo tecnológico necesario. • Actualmente se encuentra en fase de investigación y desarrollo. • No se ha establecido aún si origina residuos peligrosos.
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Planta nuclear de fusión de Culham, Inglaterra (1991)
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La gran familia de la energía MundialEnergías no renovables y renovables
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