UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

“ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE BOMBEO EN EL PERÚ”

“FEASIBILITY STUDY OF A HYDRO PLANT PUMPING IN PERU”

Enríquez Pacsi Mario, Espino Parra Martin Fahed, García Bravo Jean Franco, Huarcaya Paredes MaxFacultad de Ingeniería Mecánica - Eléctrica y Electrónica.

Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica.

RESUMEN:

El propósito de esta investigación fue comparar diferentes alternativas sobre la viabilidad de la implementación de una Central termoeléctrica de Biomasa, la cual remplazara a las Centrales Termoeléctricas de Gas Natural, en los horarios donde el costo de energía es alto (hora punta).

El análisis se ha basado en los datos proporcionados por el Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional (COES SINAC), referente al Diagrama de Carga y al costo marginal promedio para el año 2011.

Tomaremos en cuenta los costos de inversión y los costos de mantenimiento y operación; con esto se demuestra mediante cálculos que una Central Hidroeléctrica de Bombeo no es viable económicamente a diferencia de una Central Termoeléctrica.

PALABRAS CLAVE: Diagrama de Carga, Central Hidroeléctrica de Bombeo, Costo Marginal.

ABSTRACT:

The purpose of this research was to compare different alternatives on the feasibility of implementing a Pumping Hydropower Plant, which will replace power plants, in times where the cost of energy is high (peak).

The analysis is based on data provided by the Committee of Economic Operation National Interconnected System (COES SINAC) concerning the load diagram and the average marginal cost for 2011.

We will take into account the investment costs and operation and maintenance costs, with this is demonstrated by calculations that a hydroelectric plant is not economically viable Pumping unlike a power plant.

KEYWORDS: Load diagram, Hydro Pump Central, Marginal Cost.

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

INTRODUCCIÓN:

El sector eléctrico peruano está formado por las empresas de generación, transmisión, distribución y usuarios libres. La producción de energía es transportada por las redes de alta tensión y luego de distribución, para en última instancia llegar al consumidor final. La demanda de energía durante el año 2011 en el SEIN fue de 35 217,4 GW.h, la cual creció en 8,61% respecto al año anterior, que fue 32 426,8 GW.h. La máxima demanda de potencia fue 4 961,2 MW, 8,35% superior a aquella del año 2010, que fue 4 578,9 MW.

Según el Ministerio de Energía y Minas, a la fecha se registran 455 Centrales Termoeléctricas, 222 Centrales Hidroeléctricas, y solo 1 Central Termoeléctrica de Biomasa y esta central es la central termoeléctrica de biomasa huaycoloro. Nuestra central termoeléctrica de biomasa de 1440 kWe Produce electricidad mediante un proceso de gasificación de biomasa utilizando un motor de combustión interna. Se ha seleccionado el gasificador de lecho fluido burbujeante debido a las grandes ventajas que presenta, como el excelente contacto sólido-gas o las altas velocidades de reacción. Esta consigna es una alternativa que se esta empezando a usarcé en la central termoeléctrica de huaycoloro Perú, pero por diversos factores políticos, medioambientales y, sobre todo, económicos; no se puede aplicar en la nación.

MATERIALES Y MÉTODOS:

Mediante este estudio se podrá:

Evaluar la factibilidad económica de la incorporación de una Central termoeléctrica de Biomasa en el SEIN.

Evaluar el impacto económico (costo marginal) de una central de estas características, comparándolo con los que brinda las centrales termoeléctricas a gas natural e hidroeléctricas.

Llegar a una conclusión para ver si se aprueba o se desecha la implantación de una central termoeléctrica de Biomasa en el Perú.

Central Termoeléctrica de Biomasa:

Es una instalación industrial diseñada para generar energía eléctrica a partir de recursos biológicos. Así pues, las centrales de biomasa utilizan fuentes renovables para la producción de energía eléctrica. La biomasa es la única fuente de energía que aporta un balance de CO 2 favorable, siempre y cuando la obtención de la biomasa se realice de una forma renovable y sostenible, de manera que el consumo del recurso se haga más lentamente que la capacidad de la Tierra para regenerarse. De esta manera, la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO 2 del que libera en su combustión, sin incrementar la concentración de CO 2.

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Los componentes de una central termoeléctrica de Biomasa son:

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Central Hidroeléctrica de Bombeo:

También conocida como “Central Hidroeléctrica Reversible”; es una central hidroeléctrica que además de poder transformar la energía potencial del agua en electricidad, tiene la capacidad de hacerlo a la inversa, es decir, aumentar la energía potencial del agua (por ejemplo subiéndola a un embalse) consumiendo para ello energía eléctrica. De esta manera puede utilizarse como un método de almacenamiento de energía (una especie de batería gigante). Están concebidas para satisfacer la demanda energética en horas pico (demanda máxima) y almacenar energía en horas valle (demanda mínima).

Diagrama de Carga Anual 2011:

El COES SINAC publico los siguientes datos, en referencia al consumo de energía eléctrica en el Perú en el año 2011:

o Demanda Mínima: 2620.85 MW (01 de Enero del 2011)

o Demanda Máxima: 4961.19 MW (14 de Diciembre del 2011)

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

También podemos apreciar los Factores de Carga Mensual del Sistema Interconectado Nacional:

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Costos Marginales (fijos y variables):

Según OSINERGMIN, los costos fijos y variables para una central termoeléctrica en el año 2011 fueron los siguientes:

TIPOCOSTO FIJO(U$$/MW.H)

COSTO VARIABLE(U$$/MW.H)

Central Termoeléctrica a Gas

Natural38 17

Basándonos en un ejemplo de España, una Central de Bombeo (en general) presentaron en el año 2011 los siguientes datos:

TIPOCOSTO FIJO(U$$/MW.H)

COSTO VARIABLE(U$$/MW.H)

Central Hidroeléctrica de Bombeo (España)

113 46

Con los datos anteriores, calculamos la demanda que se necesita atender en horas punta; para tal efecto, tomaremos como muestra a la Central Termoeléctrica de Ventanilla (Gas Natural), cuya potencia es de 551.23 MW.

Ya que en nuestro país no existe una Central Hidroeléctrica de Bombeo, tomaremos como referencia los costos de inversión de España; con estos datos aplicaremos cálculos para ver si es posible implementarlo en Perú.

COSTOS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE BOMBEO: Potencia: 551.23 MW. Inversión: 685 Millones (US$) Costo fijo de Operación y Mantenimiento: 0.5% de la inversión.

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Tasa de interés: 12% (Según Ley de Concesiones Eléctricas) Años de vida: 45 años Factor de Planta (f.p.) mide la capacidad de la potencia central

f . p .=Pmedia

Pinstalada

=465.12 MW551.23 MW

=0.84

Inversión Anual (US$/MW):

Inv=Inversion (USS)Potencia(MW )

=685 Millones(US $ )

551.23 MW .=1.2426 Millones(US $) /MW

costo fijo=

inv∗i (1+i )n

(1+i )n−1+OyMf

( fp )∗( potencia )∗8760 h

costo fijo=

658000000∗0.12 (1+0.12 )45

(1+0.12 )45−1+0.005∗658000000

(0.84 )∗(551.23 )∗8760 h

costo fijo=¿ 20.3971 U$$//MW.h

Costo variable según el cuadro tomado de España es 46 U$$/MW.h

Costo Medio = Costo Fijo (U$$)/ (MW) + Costo Variable (U$$ /MW.h)

Costo Medio = 20.3971 U$$/MWh + 46 U$$/MWh

Costo Medio = 66.3971 U$$/MWh (Costo Medio de Central de Bombeo)

COSTOS DE UNA CENTRAL TERMOELÉCTRICA: Potencia: 551.23 MW. Inversión: 426 Millones (US$) Costo fijo de Operación y Mantenimiento: 0.5% de la inversión. Tasa de interés: 12% (Según Ley de Concesiones Eléctricas) Años de vida: 20 años Factor de Planta (f.p.) mide la capacidad de la potencia central

f . p .=Pmedia

Pinstalada

=465.12 MW551.23 MW

=0.84

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Inversión Anual (US$/MW):

Inv=Inversion (USS)Potencia(MW )

=426 Millones (US $)

551.23 MW .=1.2426 Millones(US $)/ MW

costo fijo=

inv∗i (1+i )n

(1+i )n−1+OyMf

( fp )∗( potencia )∗8760 h

costo fijo=

426000000∗0.12 (1+0.12 )20

(1+0.12 )20−1+0.005∗426000000

(0.84 )∗(551.23 )∗8760 h

costo fijo=¿ 14.5857 U$$//MW.h

Costo variable según el cuadro tomado de OSINERGMIN es 17 U$$/MW.h

Costo Medio = Costo Fijo (U$$)/ (MW) + Costo Variable (U$$ /MW.h)

Costo Medio = 14.5857 U$$/MWh + 17 U$$/MWh

Costo Medio = 31.5857 U$$/MWh (Costo Medio de central termoeléctrica)

CONCLUSIONES

Vemos que, desde el punto de vista económico, la aplicación de una Central Hidroeléctrica de Bombeo en el Perú, no es viable.

REFERENCIAS

1.- D. Pérez Franco. Hacia un enfoque racional del manejo de los recursos hídricos. Ingeniería Hidráulica y Ambiental , Vol XXVI , No 1, 2005. Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba.2.- W. Jara Velásquez . “ Alternativa de Abastecimiento de Agua en la Ciudad de Ica a través de una Planta de Desalinización utilizando Gas Natural” . XX COPIMERA La Habana- Cuba, 12 al 14 de Octubre 2005. Formato electrónico en CD-ROM .3.- G. Baca Urbina. Fundamentos de Ingeniería Económica. Edición 2003. Editorial Mc Graw-Hill.4.- J. Cardich Chávez. Proyectos de Centrales Termoeléctricas., criterios de diseño. Curso Profesional del Colegio de Ingenieros del Perú, Consejo Departamental de Lima. 29 al 31 de Octubre de 1998.

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELÉCTRICA, Y ELECTRONICA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

5.- http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo2.html6.- http://es.wikipedia.org/wiki/Central_termoel%C3%A9ctrica7.- http://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/centrales-termicas.pdf8.- http://es.wikipedia.org/wiki/Central_hidroel%C3%A9ctrica_reversible9.http://www2.osinerg.gob.pe/procreg/tarifasbarra/TarifaBarra/AudPubExpoSustCritMetModEco/Presentacion%20AP.pdf