Centrales Eléctricas RECURSOS ENERGETICOS SISTEMA ELECTRICO Antonio Crego -1- Tema-1 Centrales Eléctricas TEMA 1.- S I S T E M A Tema-1 ELECTRICO 1.1- RECURSOS ENERGETICOS. El hombre, desde el principio de su existencia ha utilizado la energía en cualquiera de sus formas para su provecho, si bien no era consciente de esta utilización, así ha utilizado la energía de los alimentos como nutrición, la energía solar para templar agua, para secar productos agrícolas, para cocer adobes, para calentar sus casas, ha utilizado la energía eólica para hacer avanzar sus naves, ha utilizado la energía potencial del agua y la energía animal como energía motriz, etc. El hombre, como ser perezoso, ha ido agudizando el ingenio para que las fuerzas latentes en la naturaleza realizaran el trabajo que, de otra forma tendría que realizar él. Esta utilización se adaptaba a la evolución de las diferentes civilizaciones y se hacia sin tener en cuenta su rendimiento, de manera que todo avance del nivel de vida, ha estado vinculado a un aumento desproporcionado de la cantidad de energía consumida. Estimación de consumo por persona y día en diferentes épocas históricas 1.000.000 A.C. 2 5 100.000 A.C. Epoca histórica 12 5.000 A.C. Hombre primitivo Solo energía de los alimentos que consumía 2+0+0+0 = 2 Hombre cazador Alimentos mas energía del fuego para cocinar 3+2+0+0 = 5 Hombre agricola Cultivaba y aprovechaba la energía animal 4+4+4+0 = 12 Carbón, energía hidráulica y eólica y tracción animal Edad 26 Media 1.400 D.C. 74 Revolución Industrial 1.875 D.C. 6+12+7+1 = 26 Máquina de vapor 7+32+24+11 = 74 10+66+93+61 = 230 230 ACTUAL 0 50 100 150 200 250 Miles de kilocalorias Alimentación Antonio Crego Usos Domesticos Agricultura e Industria -2- Transporte Centrales Eléctricas Tema-1 Sin embargo hasta el siglo XVIII toda la energía utilizada por el hombre procedía del sol en forma de biomasa (alimentos, pienso, madera y eólica), y era considerada como un bien libre e inagotable. Solo a partir de la Revolución Industrial se empieza a necesitar cantidades masivas de energía y con ello cambia el concepto económico de la misma, la cual pasa a ser un bien escaso y limitado y cuyo costo hace necesario mejorar la eficiencia en su obtención y utilización, así como estudiar todas las posibilidades de diversificación. Clasificación de las fuentes de energía. Todos los recursos energéticos disponibles actualmente en la Tierra se pueden agrupar en dos grandes grupos: - Terrestres y - extraterrestres Los primeros incluyen todas aquellas formas de energía que se encuentran almacenadas en nuestro planeta, y cuya utilización implica de alguna manera su agotamiento progresivo Los segundos constituyen el grupo de las denominadas "energías renovables" y se presentan como el flujo energético que atraviesa el borde externo de la atmósfera. Antonio Crego -3- Centrales Eléctricas Tema-1 Respecto de los recursos que hemos denominado terrestres, tenemos que decir que en general son depósitos de combustibles fósiles que se formaron en el periodo Cámbrico, que se inició hace 600 millones de años, su periodo de formación es excesivamente largo y por el contrario, el hombre actual está acostumbrado a un consumo exponencial constante de energía, con lo cual, lo que la naturaleza creó durante millones de años lo vamos a agotar en un periodo de unos 300 años. Los expertos estiman el agotamiento prácticamente total de las reservas de combustibles fósiles en un plazo de 40-50 años, por lo que la humanidad está evolucionando hacia la energía nuclear en sus técnicas de fusión y de fisión y evaluando y estudiando el desarrollo del grupo siguiente de energías renovables. Con el descubrimiento de nuevas fuentes de energía se van desechando las menos eficientes; así del consumo básico de la madera, se paso en 1.820 aproximadamente a la utilización intensiva del carbón; tras el descubrimiento del primer pozo de petróleo en Pensylvania en 1.859, comienza el desplazamiento del carbón; y a su vez este está siendo desplazado por la explotación del átomo. La sustitución o desplazamiento de una fuente por otra, se hace en base de su mayor capacidad para producir mas energía a menor coste, o bien a la necesidad de su sustitución por estar en periodo de agotamiento (caso del petróleo) Evolución de la participación de las distintas energías en el consumo final mundial Antonio Crego -4- Centrales Eléctricas Tema-1 Las energías de carácter renovable y de posible utilización, provienen de tres fuentes principales: a) Energía solar (radiación solar interceptada). b) Energía geotérmica (energía térmica transmitida a la superficie de la tierra desde el interior por conducción o por convección). c) Energía gravitatoria (energía de las mareas, derivada de la energía cinética y potencial del sistema Tierra-Luna-Sol). La aportación de estas fuentes energéticas, está estudiada, obteniendo los siguientes valores: a) Energía solar (radiación solar interceptada)1 b) Energía geotérmica 173.410 TW por conducción 32 TW por convección 0,3 TW c) Energía gravitatoria 3 TW De lo indicado se deduce que la radiación solar representa el 99,98 % del total de la energía que fluye a la tierra, o dicho de otra forma, la contribución del Sol al balance energético de la Tierra supone 5.000 veces el aporte de todas las demás fuentes. 1 En España inciden 150 kwh por m2 Antonio Crego -5- Centrales Eléctricas Tema-1 Balance energético instantáneo de la tierra La energía solar incidente, se reparte según se indica: • El 30 % (52.000 TW) es reflejada directamente y enviada otra vez al espacio en forma de radiación de onda corta. • El 47 % (81.000 TW) es absorbido por la atmósfera, la superficie terrestre y los océanos y convertido directamente en calor a la temperatura ambiental. • Un 23 % ( 40.000 TW) es consumido en el ciclo hidrológico, es decir en evaporación, precipitación y circulación superficial del agua. • Una pequeña fracción 370 TW produce las convecciones y circulaciones atmosféricas y oceánicas, disipándose al final en calor por fricción. • Por ultimo, 40 TW son capturados por la clorofila de las hojas de las plantas, donde se convierte en el elemento esencial en el proceso de fotosíntesis y, por consiguiente, del reino animal y vegetal. Antonio Crego -6- Centrales Eléctricas Tema-1 1.2.- UTILIZACIÓN DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS EN ESPAÑA ¿En que medida se utilizan en la actualidad los diferentes recursos energéticos?. La respuesta es diferente en cada país, pues es el resultado de un gran conjunto de implicaciones (no solo técnicas o económicas). En España la Guerra Civil (1.936-1.939) dejo al país en situación de “crack” económico e industrial El periodo denominado “Post Guerra” (1.939-1.953) con aislamiento político y económico internacional, se dedicó en las mínimas condiciones que se pudo a reconstruir e incrementar los recursos energéticos, a fin de poder iniciar el despegue industrial. Periodo de crecimiento incontrolado (años 1.953-1.960). Plan de estabilización 1.959 El proceso de industrialización que se llevó a cabo entre 1.960 y 1.973 estaba basado en una tecnología de un consumo energético intensivo, debido al continuo abaratamiento de la energía en términos reales. Solamente el duro golpe de la crisis energética de 1.973, (guerra Árabe - Israelí) exigió que nuestros gobernantes, encargasen a un equipo del Ministerio de Industria, bajo la coordinación de la Dirección General de la Energía y con la colaboración de todos los ministerios afectados, la elaboración del primer Plan Energético Nacional (PEN-75), que basado en los datos de 1.974, tuviese un horizonte de 1.975-1.985. Su principal objetivo, consistía en disminuir drásticamente nuestra dependencia petrolífera, pasando de representar el 68,9 % del balance energético a tan solo un 43,7 % en 1.985. Esta reducción se basaba en impulsar y dar protagonismo a la energía termonuclear. El I Plan Energético Nacional (PEN-75), desapareció, al igual que otros proyectos económicos, con el cambio político (el general Franco murió en Noviembre de 1.975); no obstante, hubiese perdido vigencia muy rápidamente debido a que el marco económico de referencia se transformó de una manera radical y España se encontraba inmersa en una profunda crisis económica general. El nuevo régimen reelabora y edita un nuevo Plan Energético Nacional con horizonte 1.977-1.987 (PEN-77), que si bien no llegó nunca a salir, sirvió de base para el PEN-78 con el mismo horizonte temporal. En estos planes, mas realistas que el PEN-75, se admitía un 54% de dependencia del petróleo y se seguía apostando por la energía nuclear. Antonio Crego -7- Centrales Eléctricas Tema-1 Por primera vez se planteó el establecimiento de una política energética de precios reales y una pretendida reducción de la demanda del 10 %. Con la llegada al gobierno del Partido Socialista Obrero Español, en noviembre de 1.982, se anuncia un nuevo Plan Energético (PEN-83), en el que el carbón se afianza como segunda materia prima energética después del petróleo, cubriendo el 25,2 % de la demanda, se pretende aumentar la participación de la energía hidráulica así como del gas natural mientras que el objetivo final es la reducción en casi diez puntos la proporción del petróleo así como frenar la escalada de la producción nuclear sobre la que el Partido Socialista se muestra excesivamente critico. En 1.991, con un año de adelanto sobre el horizonte temporal del PEN-83, se presenta un nuevo PEN-91 con horizonte hasta el año 2.000, en esta nueva planificación, se apuesta decididamente por el gas natural al que se confía la cobertura del 12,6 % de la demanda, así como se considera deben estimularse las energías "renovables", estimando cubran el 3,17 %. Por el contrario disminuye drásticamente la participación del carbón y de la energía hidráulica, mientras se mantiene la moratoria nuclear y con ello su participación en la demanda. OJETIVOS COMPARADOS DE LOS PLANES ENERGETICOS ESPAÑOLES Año horizonte Demanda M.tec Petroleo Carbon E.Hidraulica Gas Natural E.Nuclear Renovables Importación % % % % % % % BASE PEN-75 PEN-77 PEN-78 PEN-83 PEN-91 Situación real 1.974 1.985 1.987 1.987 1.992 2.001 2000 87,8 196,7 154 145 135,7 158,4 68,9 43,7 53,8 54,3 47,1 50,7 51,5 14,9 14 16,6 16,2 25,2 19,4 17,4 12,4 8,4 8,9 9,4 11,3 2,8 2,0 1,3 11,1 6,5 5,3 4,6 12,2 12,2 2,5 22,8 14,2 14,8 11,8 11,3 13,0 3,2 3,6 0,4 0,3 100 100 100 100 100 100 100,0 CDS Año horizonte Petroleo Carbon Gas Natural E. Hidraulica E. Nuclear Renovables Importación Antonio Crego % % % % % % % PSOE Previsión consumo 2.006 2.011 50,3 47,6 12 8,2 18 22,5 11,1 8,3 0,3 100 -8- 9,5 12 0,2 100 Centrales Eléctricas Tema-1 Evolución de la demanda de energía primaria en España 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1960 1965 1970 Carbon Antonio Crego 1975 Petroleo 1980 Gas -9- 1985 Hidraulica 1990 Nuclear 1995 2000 Centrales Eléctricas Tema-1 1.3.- EVOLUCION DE LA GENERACION DE ELECTRICIDAD. Dentro del consumo energético total, la energía utilizada para la producción de electricidad representa solamente el 12%. Las perdidas en el proceso de conversión, representan el 66%, es decir que de cada 100 Wh de energía primaria se obtienen 34 Wh de energía eléctrica. A pesar de ser un porcentaje importante, es menor que en la mayoría del resto de los procesos de conversión. Debido a su limpieza, comodidad de utilización y a su mayor eficiencia en los procesos de transporte y conversión, la demanda de electricidad crece a un ritmo más rápido que la correspondiente al conjunto del sector energético. Así en Europa, el consumo de energía eléctrica se ha duplicado cada 10 años, mientras que el global de energía lo ha hecho cada 15 años. En España, la industrialización (1.960-1.974) que se llevo a efecto con unas tarifas eléctricas regresivas (intervenidas y por otras fuentes subvencionadas), hizo que durante este periodo se alentase el consumo y que la elasticidad de la demanda fuese en España superior al del resto de la OCDE. Durante estos años no existió planificación energética global y solo algunos ministerios iniciaron planificaciones sectoriales sin relación unas con otras (ejemplo Plan Eléctrico Nacional de 1.970). Por ello, las tasas de crecimiento han sido más altas, pues el consumo de electricidad se ha duplicado cada seis años, mientras que el global de energía lo hace cada ocho. La evolución de la energía eléctrica consumida y generada, sigue una evolución análoga a lo indicado para la energía primaria, sin embargo, la necesidad de este tipo de energía para todo proceso industrial así como en su utilización comercial y domiciliaria, hace que sea menos sensible a la disminución de crecimiento ante las crisis energéticas. El objetivo de estos apuntes, consiste en conocer los procesos de conversión en energía eléctrica. Antonio Crego - 10 - Centrales Eléctricas Tema-1 1.4.- CONOCIMIENTO GENERAL DE UN SISTEMA ELECTRICO. Un sistema eléctrico de potencia es el conjunto de elementos debidamente enlazados y coordinados, mediante los cuales, generamos, transportamos, distribuimos y utilizamos la corriente eléctrica. Los modernos sistemas eléctricos de potencia son trifásicos equilibrados a la frecuencia de 50 Hz (en los EE.UU 60 Hz) y constan de: 1.- Central eléctrica: Los generadores suelen producir energía a 6, 10, 15, 25 o 36 KV. 2.- Subestación elevadora entre la tensión de generación y la tensión de transporte. 3.- Línea de transporte de muy alta tensión (LMAT) 760, 380, 220 o 120 KV. 4.- Subestación de seccionamiento, enlace y/o reducción a la tensión de distribución. 5.- Líneas de AT de Distribución (LAT) 66, 45, 30 KV. 6.- Estaciones transformadoras de distribución (E.T.D) 7.- Líneas de media tensión de distribución (LMT) 20, 15, 13'2, 6, 5, 3 KV. 8.- Centros de transformación (C.T.) 9.- Red de baja tensión (RBT) Clientes en AT 10.- Clientes (Cargas) Clientes en MT Clientes en BT MT MT Centrales de Generación Subestaciones de generación MAT MAT MAT MAT Subestaciones de Transformación y Maniobra de transporte MAT AT Red de Transporte AT AT Red de Distribución de Alta Tensión Estaciones Transformadoras de Distribución MT Redes de Distribución Centros de Transformación MT/BT Redes de BT AT Antonio Crego MT BT - 11 - CLIEN TES Centrales Eléctricas Tema-1 Otra definición, podría ser, que un sistema eléctrico de potencia, es el conjunto de elementos y la organización necesaria para dar satisfacción a los demandantes de energía eléctrica. Esta definición, nos da una idea más clara sobre la formación de una demanda agregada de energía eléctrica, formada por la suma de las necesidades individuales de los con posterioridad llamaremos clientes. Para satisfacer esta demanda, unas sociedades industriales aportan recursos económicos, recursos humanos y organización, crean un sistema eléctrico de potencia y presentan una oferta de energía eléctrica. GENERACION (OFERTA) INSTALACIONES RECURSOS ECONOMICOS RECURSOS HUMANOS ORGANIZACION CLIENTES (DEMANDA) Si estamos ante una demanda y una oferta de un mismo producto, estamos ante lo que se denomina un "mercado". Este mercado eléctrico se rige por las mismas leyes que el resto de los mercados y si bien tiene una componente política que lo distorsiona, su comportamiento y el nuestro debe ser el mismo que en cualquier otro mercado, es decir debemos conocer mediante un estudio de mercado la evolución de la demanda así como tomar las medidas oportunas para disponer de una oferta lo suficientemente amplia y ágil como para satisfacer plenamente la demanda futura. Antonio Crego - 12 - Centrales Eléctricas Tema-1 1.5.- ESTUDIO SOMERO DEL MERCADO Se denomina estudio de mercado, el conocimiento de la evolución de la demanda en el pasado, la situación en el presente y la correcta evaluación de lo que ocurrirá en un futuro. Ante la correcta evaluación a cerca del futuro, es necesario tener en cuenta el entorno en el que nos desenvolvemos, de manera que el conocimiento de la evolución de otro país cuyo desarrollo industrial haya superado el momento en que nos encontramos, nos puede dar una idea muy aproximada de nuestro futuro. También nos interesa conocer la situación de mercado del resto de los países, dado que este conocimiento nos permitirá tomar decisiones, por ejemplo si los países de nuestro entorno, disponen de oferta de energía, podemos importar con carácter definitivo o bien en tanto aumentamos nuestra generación, de forma que cubramos en todo momento la demanda. Por el contrario, una demanda generalizada de los países de nuestro entorno, nos puede decidir a una sobre-capacidad de producción, con fines últimos de exportar. Comenzaremos estudiando la evolución del consumo por habitante y año en diferentes países. Antonio Crego - 13 - Centrales Eléctricas Tema-1 CONSUMO POR HABITANTE Y AÑO EN KWH DE DIFERENTES PAISES Pais Noruega Canadá Islandia Suecia Finlandia Luxemburgo Estados Unidos Nueva Zelanda Australia Suiza R.F.D. Francia Dinamarca Bélgica Japón Austria Gran Bretaña Holanda Italia Irlanda España Grecia Portugal Turquía Checoslovaquia Argentina Hungría Polonia Rumania Rusia China Antonio Crego 1.946 1.971 1.976 1.985 1.986 1.987 1.988 2.779 14.950 18.700 22.030 21.482 22.260 22.085 2.330 14.900 15.634 16.321 15.242 15.510 16.142 1.174 8.350 10.448 14.140 15.077 15.271 10.144 10.820 11.249 10.600 10.423 10.228 10.813 7.070 9.730 10.067 10.418 1.090 7.447 7.447 7.866 6.679 6.979 7.252 1.680 6.442 6.595 6.657 665 4.090 5.080 6.110 6.087 6.222 6.249 416 2.815 3.710 5.090 5.314 5.458 5.542 4.950 5.253 5.438 5.511 3.191 4.180 5.050 5.155 5.399 5.613 360 4.955 5.227 5.483 367 5.034 5.216 5.392 512 4.262 4.580 4.340 4.574 4.719 4.806 320 4.400 4.393 4.565 4.755 2.254 2.750 3.210 3.198 3.360 3.524 2.770 2.901 3.019 3.059 200 1.675 2.300 2.800 2.804 2.885 3.015 2.540 2.495 2.592 2.796 1.730 1.846 1.924 2.053 659 698 726 200 5.796 172 1.696 124 3.822 82 4.002 48 3.488 9 5.813 5 488 Fuente: Eurostat, OCDE y UNESA - 14 - Centrales Eléctricas Tema-1 CONSUMO POR HABITANTE Y AÑO EN KWH- DE LOS PAISES DE LA OCDE Pais 1.989 1.990 1.991 1.992 1.993 1.994 Noruega Canadá Islandia Suecia Finlandia Luxemburgo 10.897 10.987 10.765 Estados Unidos Nueva Zelanda Australia Suiza Alemania 6.570 6.520 6.1992 Francia 6.064 6.185 6.538 Dinamarca 6.023 6.029 6.596 Bélgica 6.086 6.266 6.530 Japón Austria Gran Bretaña 5.280 5.355 5.475 Holanda 5.092 5.245 5.345 Italia 3.985 4.100 4.221 Irlanda 3.064 3.797 4.010 España 3.538 3.665 3.752 Grecia 3.143 3.200 3.217 Portugal 2.427 2.565 2.835 Conozcamos ahora, la situación producción-consumo, así como el saldo 1.995 16.049 13.500 12.206 6.340 6.033 6.823 6.481 7.246 5.595 5.738 4.570 4.598 4.181 3.743 2.857 importación- exportación de los países europeos SITUACION ELECTRICA DE LOS PAISES DE LA CEE AL 1-1-92 Países RFD Francia Italia Holanda Bélgica Luxemburgo Reino Unido Irlanda Dinamarca Grecia España Portugal 2 Consumo (Gwh) 494.676 373.317 241.022 80.715 65.296 4.306 314.104 14.035 34.289 33.131 146.344 27.780 Producc. (Gwh) 500.435 432.114 210.500 71.541 68.126 1.326 299.931 14.328 34.128 32.693 148.377 27.878 Se unifico Alemania = R.F.D + D.D.R. Antonio Crego - 15 - Extensión (Km ) 356.828 543.965 301.263 41.160 30.518 2.586 244.023 70.283 43.076 131.990 504.782 91.987 Población (Millones) 79,8 57,1 57,1 15,1 10,0 0,4 57,4 3,5 5,2 10,3 39,0 9,8 Centrales Eléctricas Tema-1 Ahora que ya tenemos datos de lo que ocurre en otros países de nuestro entorno y conocemos nuestra posición respecto de los mismos, volvamos nuestros ojos al mercado nacional y antes de nada recordemos que en 1.969 el Ministerio de Industria encargo a UNESA la elaboración de un Plan Eléctrico Nacional que programase la expansión del sector y los medios de producción para cubrir adecuadamente la demanda, de acuerdo con estas ideas el PEN (Plan Eléctrico Nacional) que se publicó en 1970 estimaba un crecimiento acumulado del 10'5% para el quinquenio 1970-1975 y del 9'5% para 1976-1981. Pero la Crisis del Petróleo que estalló en 1973 hizo necesario la revisión de PEN en 1974, este fue englobado en el I Plan Energético Nacional de 1975, en donde se rebajaban las previsiones de incremento de consumo entre 1.975 a 1.985 a valores entre el 6 y el 7%. La realidad fue que los incrementos de consumo fueron muy inferiores a lo previsto, por lo que se fueron modificando a la baja estos valores en el abortado PEN-77 y en el PEN-78. Con la llegada al gobierno del PSOE, este se encuentra con unos incrementos de consumo mínimos y una capacidad de producción bastante superior a la necesaria, dado que estaba previsto la terminación de cinco centrales nucleares a cuya entrada en servicio el PSOE se había opuesto en campañas electorales precedentes, y con estas circunstancias, se elabora un nuevo PEN-83 en donde se tomaron solamente los datos de crecimiento de electricidad de los años 1.981 y 1.982 que han sido los más bajos desde 1.940 y en base a esto y con un criterio excesivamente pesimista, se fija un crecimiento medio anual del 3,3% para el periodo 1.982 - 1.992, y como consecuencia de esta previsión se decide una moratoria nuclear consistente en paralizar la terminación de algunas centrales en construcción. El crecimiento real superó con creces las previsiones, absorbiendo rápidamente el exceso de capacidad productora y haciendo necesario y urgente la aparición de otro Plan Energético más ajustado a la realidad. De esta forma, y con un año de adelanto aparece el PEN-91 con horizonte temporal hasta el año 2.000, pero su aparición defrauda toda esperanza, pues se impone en el gobierno la facción partidaria de continuar con la moratoria nuclear, y se establece un crecimiento medio anual estimado de solo el 3,5%, y a pesar de ello el cubrir la necesidad total de electricidad se basa en comprar una parte a Francia y en la llegada y utilización masiva de gas natural proveniente de Argelia. Antonio Crego - 16 - Centrales Eléctricas Tema-1 Como comentario final diremos que el PEN-91 ha incrementado la dependencia energética y eléctrica de España, como consecuencia se producir un importante desequilibrio de la balanza de pagos, nuestra cobertura energética queda unida a la evolución de una zona (Argelia) políticamente muy inestable, lo cual pondrá en peligro nuestro desarrollo. Por ultimo creo que un incremento medio anual del 3,5% me parece muy bajo y que ser superado ampliamente en los próximos años, ampliando los problemas de suministro antes citados. A continuación exponemos datos estadísticos conocidos sobre potencia instalada, producción y consumos netos. Antonio Crego - 17 - Centrales Eléctricas Tema-1 POTENCIA INSTALADA A 31 DE DICIEMBRE EN EL PERIODO 1.940-2.005 (Total España) (en MW) Año Hidráulica %/T Térmica %/T Nuclear %/T Total ∆% 1940 1.350 78% 381 22 % 1941 1.355 78% 385 22 % ------ 1.740 5,2 1942 1.376 78% 395 22 % ------ 1.771 1,8 1943 1.408 77% 410 23 % ------ 1.818 2,7 1944 1.412 77% 415 23 % ------ 1.827 0,5 1945 1.458 78% 418 22 % ------ 1.876 2,7 1946 1.500 77% 437 23 % ------ 1.937 3,3 1947 1.662 79% 450 21 % ----- 2.112 9,0 1948 1.756 79% 478 21 % ------ 2.234 5,8 1949 1.890 76% 591 24 % ------ 2.481 11,1 1950 1.906 75% 647 25 % ------ 2.553 2,9 1951 1.986 75% 674 25% ------ 2.660 4,2 1952 2.192 74% 771 26% ------ 2.963 11,4 1953 2.527 77% 775 23% ------ 3.302 11,4 1954 2.553 74% 883 26% ------ 3.436 4,1 1955 3.200 78% 903 22% ------ 4.103 19,4 1956 3.659 77% 1.063 23% ------ 4.722 5,1 1957 3.900 71% 1.610 29% ------ 5.510 16,7 1958 4.195 69% 1.878 31% ------ 6.073 10,2 1959 4.436 69% 1.948 31% ------ 6.384 5,1 1960 4.600 70% 1.967 30% ------ 6.567 2,9 1961 4.768 68% 2.242 32% ------ 7.010 6,7 1962 5.190 69% 2.298 31% ------ 7.488 6,8 1963 5.895 70% 2.492 30% ------ 8.387 12,0 1964 7.020 72% 2.706 28% ------ 9.726 15,9 1965 7.193 71% 2.980 29% ------ 10.173 4,6 1966 7.680 69% 3.457 31% ------ 11.137 9,5 1967 8.227 64% 4.671 36% ------ 12.89 15,8 1968 8.543 61% 5.292 38% 153 1% 13.988 8,5 1969 9.335 60% 6.165 39% 153 1% 15.653 11,9 Antonio Crego - 18 - 1.731 Centrales Eléctricas Tema-1 Total ∆% Año Hidráulica %/T Térmica %/T Nuclear %/T 1970 10.883 61% 6.888 38% 153 1% 17.924 14,5 1971 11.057 58% 7.403 39% 613 3% 19.073 6,4 1972 11.136 51% 9.615 44% 1.120 5% 21.871 14,7 1973 11.470 49% 10.617 46% 1.120 5% 23.207 6,1 1974 11.841 49% 11.379 46% 1.120 5% 24.337 4,9 1975 11.954 47% 12.393 49% 1.120 4% 25.467 4,6 1976 12.497 47% 12.974 49% 1.120 4% 26.591 4,4 1977 13.096 48% 13.334 48% 1.120 4% 27.550 3,6 1978 13.530 48% 13.628 48% 1.120 4% 28.278 2,6 1979 13.515 45% 15.267 51% 1.120 4% 29.902 5,7 1980 13.577 44% 16.447 52% 1.120 4% 31.144 4,2 1981 13.579 41% 17.158 53% 2.051 6% 32.788 5,3 1982 13.821 41% 17.637 53% 2.051 6% 33.509 3,1 1983 14.087 40% 17.614 49% 3.901 11% 35.612 6,3 1984 14.119 36% 19.898 51% 4.885 13% 38.902 9,2 1985 14.661 35% 20.991 51% 5.815 14% 41.467 0,6 1986 15.201 36% 20.987 50% 5.815 14% 42.003 12,9 1987 15.269 36% 21.087 50% 5.815 14% 42.171 0,4 1988 15.673 35% 21.119 47% 7.854 18% 44.646 5,9 1989 16.545 36% 21.227 47% 7.754 17% 45.626 2,2 1990 16.642 37% 21.370 47% 7.364 16% 45.376 0,0 1991 16.723 37% 21.855 47% 7.367 16% 45.945 0,4 1992 16.985 37% 21.922 47% 7.400 16% 46.307 1,1 1993 16.996 37% 21.989 47% 7.400 16% 46.385 0,2 1994 17.450 37% 22.346 48% 7.400 15% 47.196 2,2 1995 17.558 36% 22.849 47% 7.417 15% 47.824 1,4 1996 17.834 36% 23.960 48% 7.498 15% 49.292 1,9 1997 18.093 36% 25.339 50% 7.580 15% 51.012 2,9 1998 18.534 35% 26.278 50% 7.638 15% 52.450 2,5 1999 19.532 36% 26.928 50% 7.749 14% 54.209 2,8 2000 20.107 36% 28.214 50% 7.798 14% 56.119 2,8 2001 21.484 37% 29.045 50% 7.816 13% 58.345 3,8 Antonio Crego - 19 - Centrales Eléctricas Tema-1 Total ∆% Año Hidráulica %/T Térmica %/T Nuclear %/T 2002 23.260 37% 31.766 50% 7.871 13% 62.897 7,8 2003 24.756 37% 33.816 51% 7.896 12% 66.468 5,7 2004 27.013 37% 38.009 52% 7.878 11% 72.900 9,7 2005 28.540 36% 42.787 54% 7.878 10% 79.205 8,65% Antonio Crego - 20 - Centrales Eléctricas Tema-1 PRODUCCION ANUAL DE ENERGIA ELECTRICA EN EL PERIODO 1.929 – 2.005 (Total España) (En millones de Kw-h) Año Hidráulica %/T Térmica %/T Nuclear %/T Total ∆% 1929 2.668 1930 2.862 7,2 1931 2.950 3,0 1932 3.073 4,1 1933 3.174 3,2 1934 3.317 4,5 1935 3.582 7,9 Guerra 1936-1939 1940 3.353 93% 264 7% 1941 3.659 94% 231 6% ------ 3.890 7,5 1942 4.065 92% 373 8% ------ 4.438 14,1 1943 4.385 91% 433 9% ------ 4.818 8,6 1944 4.016 85% 704 15% ------ 4.720 -2,0 1945 3.180 76% 993 24% ------ 4.173 -11,6 1946 4.587 85% 824 15% ------ 5.411 29,7 1947 5.178 87% 773 13% ------ 5.951 10,0 1948 5.172 85% 939 15% ------ 6.111 2,7 1949 3.965 71% 1.603 29% ------ 5.568 -8,9 1950 5.017 73% 1.836 27% ------ 6.853 23,1 1951 6.869 84% 1.355 16% ------ 8.224 20,0 1952 7.722 83% 1.620 16% ------ 9.342 13,6 1953 7.411 77% 2.211 23% ------ 9.622 3,0 1954 7.128 71% 2.943 29% ------ 10.071 4,7 1955 8.937 75% 2.899 25% ------ 11.836 17,5 1956 11.182 82% 2.491 18% ------ 13.673 15,5 1957 9.670 66% 4.853 34% ------ 14.523 6,2 1958 11.285 69% 5.065 31% ------ 16.350 12,6 1959 14.256 82% 3.097 18% ------ 17.353 6,1 1960 15.625 84% 2.989 16% ------ 18.614 7,3 1961 15.981 77% 4.898 23% ------ 20.879 12,2 Antonio Crego - 21 - 3.617 Centrales Eléctricas Tema-1 Total ∆% ------ 22.905 9,7 18% ------ 25.897 13,1 8.880 30% ------ 29.526 14,0 62% 12.037 38% ----- 31.723 7,4 27.278 72% 10.421 28% ------ 37.699 18,8 1967 22.680 56% 17.957 44% ------ 40.637 7,8 1968 24.428 53% 21.366 46% 57 1% 45.851 12,8 1969 30.691 59% 20.604 40% 829 1% 52.124 13,7 1970 27.959 49% 27.607 49% 924 2% 56.490 8,4 1971 32.747 52% 27.246 44% 2.523 4% 62.516 10,7 1972 36.458 53% 27.695 40% 4.751 7% 68.904 10,2 1973 29.524 39% 40.203 53% 6.545 8% 76.272 10,7 1974 31.347 39% 42.285 52% 7.225 9% 80.857 6,0 1975 26.502 32% 48.469 59% 7.544 9% 82.515 2,1 1976 22.509 25% 60.758 67% 7.555 8% 90.822 10,1 1977 40.742 43% 46.537 50% 6.525 7% 93.804 3,3 1978 41.497 42% 50.388 51% 7.649 7% 99.534 6,1 1979 47.473 45% 51.606 49% 6.700 6% 105.779 6,3 1980 30.807 28% 74.490 67% 5.186 5% 110.483 4,7 1981 23.178 21% 78.486 70% 9.568 9% 111.232 0,7 1982 27.394 24% 78.404 68% 8.771 8% 114.569 0,3 1983 28.865 25% 77.670 66% 10.661 19% 117.196 2,3 1984 33.420 28% 63.536 53% 23.086 9% 120.042 2,4 1985 33.033 26% 66.286 52% 28.044 22% 127.363 6,1 1986 27.415 21% 64.276 0% 37.458 29% 129.149 1,4 1987 28.167 21% 63.952 48% 41.271 31% 133.390 3,3 1988 36.233 26% 52.872 38% 50.466 36% 139.571 4,6 1989 20.047 14% 71.669 48% 56.126 38% 147.842 5,9 1990 26.184 17% 71.289 47% 54.268 36% 151.741 4,1 1991 28.367 18% 75.449 48% 55.576 34% 159.392 3,7 1992 20.570 13% 84.753 53% 55.782 34% 161.105 0,9 1993 25.728 16% 79.103 49% 56.059 35% 160.890 -0,9 Año Hidráulica %/T Térmica %/T Nuclear 1962 16.073 70% 6.832 30% 1963 21.139 82% 4.758 1964 20.646 70% 1965 19.686 1966 Antonio Crego - 22 - %/T - Centrales Eléctricas Tema-1 Año Hidráulica %/T Térmica %/T Nuclear %/T Total ∆% 1994 29.119 18% 80.509 49% 55.314 33% 164.942 2,5 1995 24.450 15% 89.199 52% 55.445 33% 169.094 2,4 1996 41.717 24% 78.464 44% 56.329 32% 176.510 4,3 1997 37.332 20% 96.752 51% 55.297 29% 189.381 6,9 1998 39.067 20% 98.643 50% 59.003 30% 196.713 3,4 1999 30.787 15% 120.221 57% 58.852 28% 209.860 6,2 2000 36.639 16% 126.268 56% 62.206 28% 225.113 7,2 2001 50.973 22% 123.033 52% 63.708 27% 237.714 5,6 2002 36.304 15% 147.478 60% 63.044 26% 246.826 11,4 2003 56.279 21% 146.330 55% 61.894 23% 264.503 7,2 2004 51.032 18% 166.143 59% 63.675 23% 279.662 5,7 2005 43.831 15% 191.539 65% 57.550 20% 292.920 4,3 Antonio Crego - 23 - Centrales Eléctricas Tema-1 EVOLUCION DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGIA ELECTRICA EN ESPAÑA 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 1940 5 1950 5 1960 5 1970 Hidraulica 5 1980 Termica 5 1990 5 2000 5 Nulear EVOLUCION PORCENTUAL DE LA PRODUCION DE ENERGIA ELECTRICA EN ESPAÑA 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1940 5 1950 5 1960 5 1970 Hidraulica Antonio Crego 5 1980 Termica - 24 - 5 Nulear 1990 5 2000 5 Centrales Eléctricas Tema-1 BALANCE DE ENERGIA ELECTRICA DE 2.005 (Millones de kwh) Producción Hidráulica Producción Térmica 43.831 Producción Nuclear 191.539 15% 57.550 65% 20% Producción Total 292.920 Consumo Propio -13.123 4,5% Producción Neta 279.797 Bombeo -6.467 Exportación -8.070 Importación +11.158 Energía disponible en el mercado 271.952 Perdidas en Transporte y Distribución -20.969 7,7,0% CONSUMO NETO 250.983 Antonio Crego - 25 - Centrales Eléctricas Tema-1 CONSUMO NETO DE ENERGÍA ELECTRICA ENTRE 1.959 – 2.004 AÑO 1959 CONSUMO(*) 13.491 1960 14.625 1961 sobre año anterior % sobre año anterior % 2,2 AÑO 1986 CONSUMO 107.953 8,4 1987 112.022 3,8 16.316 11,6 1988 116.988 4,4 1962 18.276 12,0 1989 125.401 7,2 1963 20.088 9,9 1990 129.161 3,0 1964 22.479 11,9 1991 138.046 6,9 1965 25.131 11,8 1992 139.423 1,0 1966 28.675 14,2 1993 139.065 -0,3 1967 32.049 11,7 1994 145.033 4,3 1968 36.204 12,9 1995 150.289 3,6 1969 41.028 13,3 1996 154.928 3,1 1970 45.300 10,4 1997 162.338 4,8 1971 48.611 7,3 1998 174.247 7,1 1972 54.756 12,6 1999 186.448 1973 61.668 12,6 2000 197.525 5,8 1974 66.842 8,4 2001 209.100 5,8 1975 69.271 3,6 2002 215.689 3,1 1976 74.928 8,2 2003 230.348 7,0 1977 78.065 4,2 2004 240.759 4,5 1978 82.359 5,5 2005 250.983 4,2 1979 87.965 6,8 1980 92.006 4,6 1981 93.169 1,3 1982 93.558 0,4 1983 97.979 4,7 1984 102.623 4,7 1985 105.579 2,9 (*) Millones de kW-h Antonio Crego - 26 - 6,7 Centrales Eléctricas Tema-1 EVOLUCION DEL INCREMENTO DEL CONSUMO 16 14 12 10 8 Para este valor, se duplica el consumo cada diez años 6 4 2 0 -2 1960 1980 2000 Incremento en % Ya conocemos nuestra situación con respecto al resto de los países, conocemos la evolución del consumo en nuestro país y conocemos las circunstancias políticas entre las que nos movemos, con lo cual podemos hacer una predicción de futuro sobre valores globales, pero no hemos estudiado con profundidad y con detalle nuestro mercado, para conocer su estructura, sus desequilibrios, sus necesidades, etc., y en base a ello poder planificar la producción, transporte y distribución de la energía, estimar el volumen total de ingresos así como decidir el global de inversión necesario así como las zonas geográficas o estructurales donde debe ser aplicada. Antonio Crego - 27 - Centrales Eléctricas Tema-1 1.6.- ESTUDIODE LA ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA DEMANDA. El elemento fundamental de nuestro mercado, es el cliente, puesto que es la unidad básica de consumo. Del cliente conocemos su necesidad o demanda de electricidad, también conocemos el uso que hace de la misma y su nivel de exigencia. Si bien de todos los clientes conocemos las tres características precitadas, no todos los clientes las utilizan de forma similar. La machacona monotonía con que los clientes utilizan la electricidad, así como el objetivo de su utilización, nos permite estratificar nuestro mercado en capas o estratos de similares características, de esta manera hemos clasificado nuestra clientela en 7 estratos: 1.- Clientes domiciliarios 2.- Clientes comerciales (Comercio, Bancos, Bares, etc.) 3.- Pequeña Industria (menores de 50 Kw que toman en BT) 4.- Gran Industria (Gran potencia y que toman en AT) 5.- Riegos 6.- Tracción 7.- Alumbrado Público ESTRUCTURA POR USOS 60 53 50 50,8 47 40 % 30 27 26,7 24 23 26 22,5 20 10 0 Industrial Domestico España Antonio Crego CEE - 28 - Iberdrola servicios Centrales Eléctricas Tema-1 Si hacemos un estudio de detalle de la utilización de la energía eléctrica por parte de cada uno de los clientes que forma parte de cada estrato, observaremos que tiene una curva de consumo característica, pudiendo diferenciar entre las curvas características de los días hábiles de los no hábiles, obtenemos también variaciones estaciónales, lo cual nos hace llegar a la conclusión que debemos conocer de nuestros abonados tres curvas características, la diaria, la semanal y la anual. Como ya hemos mencionado, las curvas de cada cliente dentro de cada estrato son muy similares, por ello, la agregación de todas las curvas individuales en cada estrato, nos dará unas curvas globalizadas diarias, semanales y anuales, muy similares a las del cliente individual, en donde lo único que cambia es la escala de las ordenadas donde se miden las potencias horarias. Curva Diaria Curva semanal (Valladolid 17/07/90) Curva anual Antonio Crego - 29 - Centrales Eléctricas Tema-1 Con lo realizado, tenemos las curvas agregadas diaria, semanal y anual de cada uno de los estratos, si queremos conocer las curvas de demanda global, tendríamos que sumar verticalmente las curvas de los siete estratos, es decir para cada hora del día, tomar la suma de las potencias de los siete grupos. Lo mismo para las curvas semanales o anuales. Curvas de carga estratificadas y agregada DEMANDA CURVAS DIARIAS MW TOTAL 1200 1000 800 DOMESTICO 600 400 INDUSTRIAL 200 COMERCIAL 0 Antonio Crego 3 6 9 12 15 - 30 - 18 21 24 horas Centrales Eléctricas Tema-1 Pero estas curvas que nos dan una idea muy clara en el tiempo del consumo, no nos da una idea sobre el numero de horas que se necesita una cierta gama de potencias, para ello construyamos nuevas curvas que sean la suma horizontal de las anteriores, es decir, en un gráfico pongamos para cada gama de potencias el número de horas que esa potencia ha sido superada. Estas curvas son continuas y monótonamente descendentes, se las denomina Curvas Monótonas de Carga y son fundamentales en planificación pues nos representa fácilmente la potencia máxima, el grado de aprovechamiento de nuestras instalaciones, el numero de horas de punta, etc. Curva monótona de carga mensual Las curvas precitadas son la representación gráfica de la demanda, pero los técnicos de planificación utilizan una serie de parámetros que les permiten evaluar y medir la demanda y sus variaciones, a estos para metros se los denomina, parámetros de la demanda. Antonio Crego - 31 - Centrales Eléctricas Tema-1 Parámetros de la demanda: a) Energía consumida: Area por debajo de la curva será por tanto la integral entre 0 y T de P(t).dt W= b) Potencia máxima o potencia punta ∫ T 0 P(t) . dt Pmax c) Potencia media: Relación entre la energía consumida y el total de horas (año 8.760) Pm = W 8.760 d) Factor de carga: Relación entre la potencia media y la potencia máxima Fc = Pm <1 Pmax e) Potencia contratada Pc f) Factor de simultaneidad: Relación entre Potencia máxima y potencia contratada. Fs = Pmáx Pc 1.7.- TARIFAS - Se comentaran con posterioridad al estudio de la oferta. 1.8.- INGRESOS ESTIMADOS - Es el resultado de la aplicación de las tarifas a la demanda agregada esperada. Antonio Crego - 32 - Centrales Eléctricas Tema-1 1.9- ESTUDIO DE LA SATISFACION DEL MERCADO: LA OFERTA La empresa productora, para dar satisfacción a su demanda, debe cubrir en todo momento la curva de demanda con una producción que tiene que ser igual a la demanda en todo instante, más la energía perdida en transporte, transformación y distribución. Y como la energía eléctrica no se puede acumular, es necesario "fabricarla" en tiempo real es decir, en el mismo momento en que nos es demandada. Por tanto, la curva de oferta será una curva paralela a la de demanda incrementada en el valor de las perdidas propias del sistema. Los parámetros relativos a la producción son a) Potencia instalada: La suma de las potencia nominales de los generadores del sistema. Pi b) Potencia disponible: Potencia con la que se puede contar en un momento determinado. Hay que tener en cuenta que es necesario realizar a lo largo del año unas revisiones de así como las averías fortuitas nos dejan fuera de disponibilidad parte de los generadores. Pd c) Factor de reserva: Relación entre la potencia disponible y la potencia máxima demandada (Deberá ser siempre mayor que 1). Fr = Pd Pmáx d) Factor de instalación: Relación entre la potencia instalada y la potencia conectada. Fi = Antonio Crego Pi Pc - 33 - Centrales Eléctricas Tema-1 e) Factor de utilización: Relación entre la energía producida y la máxima que se podría haber obtenido. O dividiendo ambos términos por las 8.760 del año, la relación entre la potencia media y la potencia máxima de generación. Fu = P . 8760 P W = m = m Wmax Pmáx . 8760 Pmáx f) Horas de utilización: Es el número de horas que debería estar funcionando un sistema a su potencia máxima para generar la energía realmente producida a lo largo de todo el año. Es por lo tanto, la relación entre la energía total producida y la potencia instalada. H= W Pi CURVA MONOTONA DE CARGA POTENCIA (MW) Pi P(t) P max P med W H HORAS H 8.760 Horas de utilización Antonio Crego - 34 - Centrales Eléctricas Tema-1 1.10.- UNIDADES ENERGETICAS MAS USUALES: EQUIVALENCIAS PREFIJOS Y SUS VALORES, UTILIZADOS EN EL SISTEMA INTERNACIONAL Yotta Zetta Exa Peta Tera Giga Mega Kilo Hecto Deca Deci Centi Mili Micro Nano Pico Femto atto zepto yocto 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 10 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24 Un Cuatrillon Mil trillones Un trillón Mil billones Un billón Mil millones Un millón Mil Cien Diez Décima Centésima Milésima Millonésima Mil millonésima Billonésima Mil billonésima Trillonésima Mil trillonesima Cuatrimillonesima Millardo: Mil millones = 109 Aº Angstrom: "Diez millonesima de milimetro" = 10-10 SISTEMA DE UNIDADES C.G.S. M.K.S. e Centímetro Metro Metro Masa m Gramo-mas Kg-masa U.T.M.3 Tiempo s Segundo Segundo Segundo Fuerza F = m.g Dina Newton Kilogramo Longitud Técnico (kilopondio) Presión F/Area Baria Pascal (Dina/cm2) (Newton/m2) kp/m2 Trabajo T = F.e Ergio Julio Kilogrametro Potencia P = T/s Ergio/seg Watio Kgm/seg 3 Unidad Técnica de Masa Antonio Crego - 35 - Centrales Eléctricas Tema-1 TABLAS DE EQUIVALENCIAS MASA 1 gr-masa 1 Kgr-masa 1 U.T.M. gr-masa Kg-masa U.T.M. 1 103 9,8.103 10-3 1 9,8 1/9,8.10-3 1/9,8 1 dina Newton Kilo 1 105 9,8.105 10-5 1 9,8 1/9,8.10-5 1/9,8 1 FUERZA 1 dina 1 Newton 1 Kilo PRESION 1 Bar4 1 Pascal 1 kp/m2 1 Psi5 1 Atmósfera Bar Pascal kp/m2 Psi Atm 1 10-5 9,8.10-5 0,069 1,013 105 1 9,8 6.895 101.325 104 10-1 1 1,47.105 104 14,5 1,45.10-4 0,68.10-5 1 14,70 1,033 9,87.10-6 9,93.10-5 0,068 1 TRABAJO 1 Ergio = d.cm 1 Julio = N.m 1 Kgm = Kg.m Ergio Julio Kgm 1 107 9,8.107 10-7 1 9,8 1/9,8.10-7 1/9,8 1 Ergio/s Watio Kgm/s 1 107 9,8.107 10-7 1 9,8 1/9,8.10-7 1/9,8 1 POTENCIA 1 Ergio/s 1 Watio = J/s 1 Kgm/s 4 5 Bar = 106 Barias Psi = Libra/pulgada2 (Sistema Técnico Ingles) Antonio Crego - 36 - Centrales Eléctricas Tema-1 OTRAS UNIDADES ENERGETICAS DE USO MAS CORRIENTE: 1 caloría = 0,427 Kgm = 4,18 Julios 1 Julio = 0,24 calorías 1 Kilocaloria = 426,7 Kgm = 4,18.103 Julios = 1 Kcal 1 KW-h = 3.600 Kjulios = 3.600.000 Julios = 860 kcal 1 Termia = 1.000 Kilocalorías = 103 Kcal 1 tec = Tonelada equivalente de carbón = 7.106 Kcal 1 tep = Tonelada equivalente de petróleo = 107 Kcal 1 ten = Tonelada equivalente nuclear = 1,86.106 Kcal 1 m GN = Gas Natural (metro cúbico) = 104 Kcal 1 B.T.U. = Unidad Técnica Británica = 0,252 Kcal = 159 litros 1 Barril TABLA DE EQUIVALENCIAS KW-h tec tep m3 GN 0,24.10-3 0,28.10-6 0,3.10-10 0,24.10-10 0,24.10-7 2,34 2,34.10-3 2,7.10-6 0,33.10-9 2,33.10-10 2,33.10-7 0,426 1 10-3 1,16.10-6 0,14.10-9 10-10 10-47 4,18.103 426,6 103 1 1,16.10-3 0,14.10-6 10-7 10-4 1 KW-H 3,6.106 0,37.106 0,86.106 860 1 0,123.10-3 0,086.10-3 86.10-3 1 tec 29,3.109 3.109 7.109 7.106 1 tep 10 J kgm cal Kcal 1 Julio 1 1/9,8 0,24 1 Kgr 9,.8 1 1 cal 4,18 1 Kcal 1 m3Gn 4,18.10 4,18.107 Antonio Crego 0,43.10 10 0,43.107 10 10 107 8.140 1 0,7 700 7 11.628 1,428 1 103 104 11,628 1,428.10-3 10-3 1 10 - 37 -