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2-4 Jul 07 - O. Jiménez 1
Capacitación sobreCapacitación sobreProyectos HidroeléctricosProyectos Hidroeléctricos
Grupo Grupo TerraTerra22--4 Julio 20074 Julio 2007
Oscar Jiménez R., M.Sc.Ingeniero Hidráulico
2-4 Jul 07 - O. Jiménez 2
TEMARIOTema 1: Generalidades sobre la generación hidroeléctrica
Tema 2: Planificación de proyectos hidroeléctricos
Tema 3: Conceptos Básicos
Tema 4: Hidrología
Tema 5: Presas
Tema 6: Conducciones (canales, túneles, tuberías)
Tema 7: Equipos electromecánicos
Tema 8: Práctica con Retscreen
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Tema 1Generalidades sobre la
Generación Hidroeléctrica• Sistemas de Energía• Producción y Consumo
Mundial de Energía• Demanda de Energía
Eléctrica• Características de la
generación hidro-eléctrica
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Sistemas de Energía
Extracción y Tratamiento
Energía Primaria
Tecnologías de Conversión
Tecnologías de Distribución
Energía Final
Usos Finales
Mina Carbón, pozo petrolero
Carbón, Agua, Petróleo, Solar, Eólico
Planta de generación, Refinería
Red Eléctrica, oleoductos
Electricidad
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Producción de Energía Primaria
Renovables 13.1%Nuclear 6.4%Petroleo y Gas 56.4%Carbón 24.7%
Producción Energía Primaria (11,213,423 ktoe)
Geothermal, Solar, etc.
0.5%
Renew ables Fuels and Waste
10.5%Hydro2.2%
Nuclear6.4%
Gas20.7%
Crude Oil35.3%
Coal24.5%
•30 % se utiliza para producción electricidad
•12% es la producción neta de electricidad (40% eficiencia)
Fuente: International Energy Agency, 2004
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Producción de Energía Total Primaria (TPES)
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Pronóstico de TPES
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Consumo de EnergíaConsumo de Energía (7,644,391 ktoe)
Sector Transporte
26%
Sector Industrial
27%
Uso no energético
9%
Otros Sectores38%
Fuente: International Energy Agency
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Consumo Final de Energía
Fuente: International Energy Agency
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Fuentes de producción de electricidad (2004)
Producción de Electricidad 2004 (17,530,990 GWh)
Coal39.6%
Oil6.7%
Gas19.5%
Nuclear15.6%
Hydro16.5%
Waste0.4%Biomass
0.9%
Geothermal0.3% Solar
0.0% Other0.5%
Honduras generó 5,940 GWh en el 2006, 0.034% del total mundial.
Centroamerica 35,710 GWh, 0.20%
Fuente: International Energy Agency
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Producción de Electricidad
Fuente: International Energy Agency
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Producción de hidroelectricidad
Pais Producción Hidroeléctrica Total Capacidad Instalada Factor de
carga
China 416,700 GWh 128,570 MW 0,37Canada 356,930 GWh 68,974 MW 0,59Brazil 336,800 GWh 69,080 MW 0,56USA 289,980 GWh 79,511 MW 0,42
Russia 167,000 GWh 45,000 MW 0,42India 125,126 GWh 33,600 MW 0,43
Norway 119,000 GWh 27,528 MW 0,49Japan 88,500 GWh 27,229 MW 0,37France 56,100 GWh 25,335 MW 0,25
Centro América: 17,627 GWh - 4,061 MW - 50%
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Potencial Mundial y Producción Actual de Hidroelectricidad
RegiónPotencial Teórico
Tecnicamente Factible
Económic. Factible
Producción Anual
Capacidad Instalada
% del total mundial
% del pot. Teórico
% del pot. Teórico
% económ. factible
% del total mundial
Africa 10% 44% 28% 7% 3%Asia 49% 35% 19% 22% 34%Oceanía 2% 45% 18% 39% 2%Europa 8% 32% 25% 75% 24%Norte y C. América 16% 26% 16% 70% 22%Sur América 16% 44% 26% 33% 15%Total TWh/año 39 712 14 218 8 198 2 740 721 GWTotal 100% 36% 21% 33% 100%Fuente: The Int. Journal on Hydropower & Dams, World Atlas & Industry Guide 2002
Generación hidro CA-2001=14 TWh, 0.5% de producción mundial
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P.H. Río Segundo, C.R.500 kW
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DEMANDA DE ENERGIA ELECTRICA
La demanda de electricidad aumenta porque:La población creceCada habitante consume más energía eléctrica (demanda per cápita)
Demanda Eléctrica y Población
0
1
2
3
4
5
6
7
1970 1990 2010 2030 2050
Mill
ones
de
hab
0
5
10
15
20
25
30
35
TWh
Demanda Unitaria
500
1 000
1 500
2 000
2 500
3 000
3 500
1970 1980 1990 2000 2010 2020
kWh
/ hab
ser
vido
Población
Demanda Eléctrica
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DEMANDA DE ENERGIA ELECTRICA
La demanda per cápita de electricidad aumenta por:
La electricidad está sustituyendo otras formas de energíaConforme aumenta la riqueza de la población, aumenta la demanda por bienes y bienestarAumenta el uso de la energía en general, aun cuando la tecnología mejore la eficiencia
En términos gruesos, la tasa de crecimiento de la electricidad es aproximadamente 2 puntos más que la tasa de crecimiento de la producción (GDP)
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Consumo per-cápita de electricidad
Honduras: 580 kWh/hab
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P.H. Chocosuela I, CR8 MW
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Carácterísticas de la generación hidroeléctrica
La hidroelectricidad es la única tecnología de generación renovable viable a gran escalaProduce cantidades despreciables de gases de invernaderoRepresenta la forma menos costosa de almacenar grandes cantidades de energíaTiene la característica que su producción se puede acomodar a lademanda de los consumidoresHidroelectricidad representa cerca del 20% de la generación eléctrica mundial Capacidad Instalada Mundial (2004): 807 GW (CA=9 GW)Bajo condiciones optimistas, la hidroelectricidad podría aportar un 28% de la generación eléctrica en el año 2020 (Eurelectric 1997)
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Emisiones Atmosféricas
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Emisiones Atmosféricas
Adaptado de C02 Emissions Factor from IPCC publication, www.senter.nl, Nederland
Emisiones Equivalentes de CO2
0
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400H
idro
con
emba
lse
Hid
ro fi
lo d
eag
ua Vie
nto
Sol
ar
Foto
volta
ico
Turb
ina
Die
sel
CC
Die
sel
Car
bón
Mod
erna
Mot
or A
ceite
Pes
ado
IGC
C c
onO
rimul
sión
Turb
ina
GN
L
CC
Gas
Nat
ural
CC
GN
L
ton
CO
2 /G
Wh
Rango de valores reportados en literatura
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Opción Generación Eficiencia Gases de Invernadero
(CO2+CH4) SO2 NOx CO PartículasBiomasa 25% 415 0.157 1.531 2.147 0.266Carbón 35% 1029 2.880 2.597 0.491 0.100Gas Natural 55% 589 0.583 0.655 0 0Nuclear 60 0 0.100 0 0Eólica 48 0 0 0 0Hidroeléctrica 31 0.011 0 0 0
Otras EmisionesGases asociados con
lluvia ácida
Emisiones atmosféricas en ton/GWh
Fuente: J.F. Lefebvre, Y. Guérard, J.P. Drapeau, "Non-monetary costs of generating electricity: where does hydro stand?, Hydro Review, June 1999
Porcentaje de Emisiones de hidroeléctrica con relación a CC con gas natural (Efic. 55%)
0.0%1.0%2.0%3.0%4.0%5.0%6.0%
(CO2+CH4) SO2 NOx CO Partículas
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Adaptado de "Energy Payback of Electric Generation Option" Hydro-Quebec, 2000
Razón de Recuperación Energética
0
50
100
150
200
250
300
350H
idro
con
emba
lse
Hid
ro fi
lo d
eag
ua
Car
bón
mod
erna
Mot
or A
ceite
Pes
ado
Nuc
lear
Gas
Nat
ural
Cic
loC
ombi
nado
Bio
mas
aP
lant
ada
Bio
mas
ade
sech
osfo
rest
ales
Vie
nto
Sol
ar
Foto
volta
ico
Ener
gía
Prod
ucid
a / E
nerg
ía In
vert
ida Opciones
Intermitentes que necesitan respaldo
Opciones de base con flexibilidad limitada
Opciones de base y punta
Rango de valores reportados en literatura
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USO TERRITORIAL
Adaptado de Benign Energy? The Environmental Implications of Renewables, EIA, 1998
Intensidad Energética por Unidad Territorial
0.01 0.1 1 10 100
Cultivos Energéticos
Finca Eólica
Solar Fotovoltaico
Solar Termo
Hidro
Torre Eólica
Carbón
GWh / ha / año
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COSTOS DE GENERACION
Costos de Generación Renovable
0.000.050.100.150.200.250.300.350.40
Sol
ar te
rmal
Sol
arfo
tová
ltico
Vie
nto
Geo
term
ia
Hid
roel
étric
o
$/kW
h
Fuente: Departamento de Energía, USA y elaboración propia
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Costos nivelados de generación: costos variables+ costos fijos (incluye cargos financieros)
Costo NiveladoEscenario Base EIA/DOE Precios de Combustibles ($56/bbl)
0
50
100
150
200
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
Factor de Planta
2004
$/M
Wh
TG100 MMV20 CCDS250 CB250
Precios competitivos actuales: $80-90/MWh
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Costos de Instalación de Hidros CA
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Potencia (MW)
US$
por
kW
Gran RegulaciónMedia RegulaciónFilo de AguaConstruidos FA
Fuente: CEAC, 2002
•Costos de instalación oscilan entre 1200 y 3000 US$/kW instalada•Los mejores proyectos están entre $1500 y $2000/kW, dependiendo del factor de planta
•Los proyectos hidroeléctricos requieren tarifas de entre $60 y $90/MWh
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P.H. San Gabriel, CR200 kW
Externalidadesde la producción de electricidad
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Externalidades de la producción de electricidad
Opción (énfasis en impactos globales) (énfasis en el valor de la tierra)Externo Total Externo Total
Biomasa 1.26 4.76 3.43 6.93Carbón 5.74 10.71 1.19 6.16Hidro 0.91 3.71 1.96 4.62Gas Natural 2.31 6.16 0.42 4.27Nuclear 1.4 5.67 1.26 5.53Eólico 0.28 4.48 -0.07 4.13Fuente: Lefebvre, Guérard & Drapeau, Hydro Review, June 1999
Perspectiva Macroecológica Perspectiva Microecológicoa
COSTOS EXTERNOS Y TOTALES DE GENERACIÓN (US cents/kWh)(tasa de descuento de 7% y análisis a 120 años)
0
2
4
6
8
10
12
Bio
mas
a
Car
bón
Hid
ro
Gas
Nat
ural
Nuc
lear
Eólic
o
US
cent
s/kW
h
Macroecol.
Microecol.
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Externalidades• La hidroelectricidad genera la mayoría de sus costos
externos localmente y en un corto período de tiempo• Plantas con combustibles fósiles o nuclear extienden estos
costos externos a lo largo del tiempo y en grandes zonas geográficas
• La hidroelectricidad presenta las mejores condiciones si el análisis da importancia al desarrollo sostenible desde una perspectiva global
• Esto plantea una paradoja de la generación hidro, cual es que el peso de su desarrollo (incluyendo costos externos e internos) debe ser llevado por la presente generación para el beneficio de las futuras generaciones.
• Dado que las externalidades tienden a ser locales e inmediatas, la hidroelectricidad es vulnerable a la opinión pública, aun cuando en una perspectiva de largo plazo se revela un legado muy positivo a las futuras generaciones
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CentroaméricaP.H. Río Lajas, CR11 MW
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DIMENSION DEL SISTEMADIMENSION DEL SISTEMA Instalación en Centro América
Año 2005
Hidro43%
Geo5%
Otro Renov
7%
Petróleo43%
Carbón2%
Generación en Centro AméricaAño 2005
Hidro50%
Geo7%
Otro Renov
4%
Petróleo36%
Carbón3%
Generación: 34 300 GWh
Potencia: 9 000 MWCrecimiento 20 años 1985-2005: 6%
Fuente: GTPIR 2007
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Precios de la energía
0
50
100
150
200
250
Dec
-97
Dec
-98
Dec
-99
Dec
-00
Dec
-01
Dec
-02
Dec
-03
Dec
-04
Dec
-05
Dec
-06
$/M
Wh
GU
ES
NI
PA
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Generación por Fuente-CentroaméricaHistórico 1980-2006
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%19
75
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
% d
e ge
nera
ción
HydroThermalGeot.
Pronóstico
Fuente: Plan Indicativo Regional de Expansión de la Generación, CEAC 2002
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Ranking de empresas en el MER
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Muchas Gracias
P.H. Cachí, CR100 MW