OPTIMIZACIÓN DE CENTRALES HIDROELECTRICAS

Transcripción

1 OPTIMIZACIÓN D CNTRALS HIDROLCTRICAS PROFSOR: RAMIRO ORTIZ FLORZ Ph.D Laboratorio de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas pamupo@univalle.edu.co ramiro.ortiz@correounivalle.edu.co UNIVRSIDAD DL VALL BOGOTA- 2011

2 Importancia del Uso Racional del Agua 1. Revisar la eficacia de las grandes represas para promover el desarrollo y evaluar alternativas para el aprovechamiento del agua y la energía. 2. Formular criterios aceptables internacionalmente, y donde fuera adecuado guías y normas, para la planificación, diseño, evaluación, construcción, funcionamiento, inspección y desmantelamiento de represas. 3. La pérdida innecesaria de agua y energía se puede evitar, reduciendo las fugas del sistema, con mantenimiento adecuado, y mejorando la tecnología de control, transmisión y distribución del sector energético. Opciones para el Desarrollo de los Recursos de Agua y nergía. Informe de la Comisión Mundial de Represas - Noviembre del 2000.

3 Agua y nergía - ONUDI

4 Uso Racional Hidroenergético.

5 U I g máx T máx P P T P máx

6 1. Optimización por utilidades U I g máx strategias para maximizar los ingresos: 1. nergía despachada. 2. Precio del kilovatio hora. 3. strategias de mercado. 4. Costos de administración. 5. ntre otros.

7 1. Optimización por utilidades U I g máx strategias para minimizar los egresos: s viable en el instante en que se pague por el consumo del hidroenergético, mientras tanto, se puede evaluar como el costo de los recursos no usados eficientemente.

8 2. Optimización por energía Vi Qr( dt) Qt( dt) dq( dt) máx Corresponde a un balance hidroenergético en un tiempo dado, determinado por: 1. l caudal aportado por el recurso hidroenergético. 2. l caudal turbinado. 3. Las restricciones del embalse, como: caudales ecológico, volúmenes máximo y mínimo, otros usos, pérdidas, entre otros.

9 2. Optimización por energía T máx máx : T máx y min T t emb t río t emb t dt V T t Vemb t Vrío t Vemb t

10 Balance hidroenergético del embalse

11 Restricciones

12 Balance hidroenergético del embalse

13 Restricciones

14 2. Optimización por energía. total f t máx emb t dt río t dt máx máx Despacho a largo plazo emb t dt mín t dt mín

15 2. Optimización por energía. n razón a que la energía depende del tiempo, su optimización se debe hacer al largo plazo, orientándose desde el punto hidroenergético ha obtener la mayor disponibilidad durante un periodo.

16 2. Optimización por energía. jemplo: Qr; Cee; Pg 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Qr (t) -p.u. P (t) -p.u. Cee (t) -p.u. t

17 Qr; Pg Qr (t) -m3/s P (t) - Mw t

18 Q (m3/s) 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0-20,0-40,0-60,0-80,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 t Vi (t) Vr (t) Vturb (t) Vf(t+1) Vmin (t) Vmax (t)

19 3. Optimización por potencia P P T P máx P máx : P T máx y P min P 9.81 n i 1 Q Turb i * H Tub H Tub Turb i * G i

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21 3. Optimización por potencia PTub máx ; H Tub mín P Mec máx; n i 1 Turb i máx P máx; n i 1 G i máx

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23 3.1. Mínimo de pérdidas en la conducción. H P máx ; Tub Tub v 2 2g L D H Tub m j 1 j mín H Tub n Turb 2 m 8 Qi L 2 4 i 1 D g D j 1 j

24 3. Optimización por potencia Dado que la potencia no depende del tiempo, su optimización es de corto plazo, orientándose desde el punto hidroenergético ha obtener el mínimo de pérdidas.

25 jemplo H (m) Q (m3/seg) H (Q) Hn (Q) H (Q)

26 P (Mw) Pn (Q) Pt(Q) Q (m3/seg)

27 H Turb Tub H H 1 Turb 2 Turb Tub Tub 3

28 jemplo CH Gran Caída. Potencia instalada: 390 MW. Túnel de conducción: longitud: 10.0 km, diámetro: 5m. Túnel de carga: longitud: 500 m. Caída media: 450 m. Caudal medio: 45 m 3 s CH Pie de presa. Potencia instalada: 300 MW. Túnel de conducción: No tiene. Túnel de carga: longitud: 300 m, diámetro: 8.0 m. Caída media: 100 m. Caudal medio: 150 m 3 s

29 Pérdidas en la tubería. H (m) 502 CH Alta Caída 250,5 H (m) CH - - Media Caída Caída total Caída neta Q (m3/s) 249, Caída total Caída neta Q (m3/s)

30 P (MW) P (MW) Potencia neta CH Alta Caída CH Media Caída P total Pérdidas de P total P netaq (m3/s) P total Pérdidas de P total P netaq (m3/s)

31 Relación potencia neta / caudal. CH Alta Caída CH Media Caída 4,93 4,91 2,46 4,89 2,45 4,87 2,44 4,85 4,83 2,43 4,81 2,42 4,79 2,41 4,77 4, Relación P/Q (MW/m3/s) Q (m3/s) 2, Q (m3/s) Relación P/Q

32 Costo del volumen de agua en el embalse, para un precio de 100 $/kwh ($/m3). $/m3 CH Alta Caída $/m CH Media Caída $/m3 Q (m3/s) $ Q (m3/s)

33 3.2. Mínimo de pérdidas en las turbinas l costo del agua en una CH, aumenta una relación directa a la caída. n tal sentido es importante hacer un Uso Racional Hidroenergético, basado en la Optimización de la distribución de la potencia entre las turbinas de una CH, tal que garantice un despacho asignado con el mínimo caudal.

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35 3.2. Mínimo de pérdidas en las turbinas P Mec máx i n i 1 n 1 Q Turb i Turb i máx mín Q Opt P Mec i n 1 Q Turb i mín

36 Métodos para Optimizar el despacho interno. Programación dinámica

37 Programación dinámica

38 ficiencia (%) 100 jemplo Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 P (Mw)

39 Q (m3/seg) P tur Q (m 3 /seg) (Mw) G- 1 G- 2 G Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 P (Mw)

40 Q (m3/seg) Qoptimo Q1-2-3 Q2-1-3 Q3-1-2 P (Mw) Q1-3-2 Q2-3-1 Q3-2-1

41 Potenica unidad (Mw) P CH Mw Q (m 3 /seg) G-1 Mw G-2 Mw G-3 Mw Grupo 1 Grupo 2 Grupo -3 Potencia total (Mw)

42 Q (m3/seg) 20,0% 0,0% ,0% -40,0% -60,0% -80,0% Q1-2-3 Q2-1-3 Q3-1-2 Q1-3-2 Q2-3-1 Q3-2-1 P (Mw)

43 Optimización del CH. Optimización por utilidades Despacho estratégico de largo plazo. Optimización por energía Despacho a largo plazo. Optimización por potencia. Despacho en el corto plazo

44 Conclusiones. Genera beneficios económicos, en la medida que el volumen no turbinado, representa un ahorro hidroenergético. Permite la construcción de características óptimas de cargabilidad para el despacho interno de CH s, dadas para diferentes niveles del embalse. l despacho interno de la CH, se puede optimizar aun más, al integrar las pérdidas hidráulicas en la conducción del caudal en la CH.

45 Conclusiones. La aplicación de los procesos de optimización son validos para todo tipo de turbinas hidráulicas. Los procesos de optimización también son aplicables para optimización del funcionamiento del embalse. Requiere conocer la curva de cargabilidad para diferentes niveles de caída de cada una de las turbinas.

46 Aporte al mejoramiento empresarial La optimización del despacho interno de la CH, le permite a las empresas generadoras: Mejorar la disponibilidad y confiabilidad de sus CH s. Le genera ahorros de energía. Acerca a las empresas generadoras al cumplimiento de objetivos, emanados por la comunidad internacional.