“Centrales!Hidroeléctricas!Reversibles!en! Uruguay”!
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! “Centrales!Hidroeléctricas!Reversibles!en! Uruguay”! ! !Acad.!Ing.!Oscar!FERREÑO! ! V!Jornadas!Internacionales!de!Energía!Eólica.! ! Breve%Reseña%Histórica%(1)% La!historia!del!!sistema!eléctrico!uruguayo!está!!unida!a!la!historia!de!la!!UTE,! por!lo!que!!Lene!más!de!100!años.! Ha!tenido!!un!crecimiento!casi!constante!en!cuanto!a!la!energía!que!comercializa,!del! orden!del!!3!!al!3.5!%!anual,!que!es!como!duplicar!!la!energía!demandada!cada!20!o! 25!años.! Si!dividimos!estos!100!años!en!tercios,!tendremos!un!!primer!tercio!!(hasta!1945)!! caracterizado!por!!sistema!para!el!!!área!metropolitana!alimentado!a!carbón!y! sistemas!aislados!abastecidos!con!equipos!!diesel.! Un!segundo!tercio!(hasta!1982)!donde!se!produjo!el!gran!desarrollo!! hidroeléctrico!de!Uruguay!y!la!interconexión!progresiva!de!los!sistemas!eléctricos.!! Las!cuatro!presas!hidroeléctricas!creadas!en!ese!período!!producen!!anualmente! !entre!3.500!!y!!9.500!GWh,!con!valores!medios!de!6.500!GWh.!!Por!este!!moLvo!con! !cada!nueva!presa!se!instalaba!una!!central!térmica!de!respaldo!,!!!alimentada!ahora! !con!!derivados!de!petróleo.! 2! Breve%Reseña%Histórica%(2)% Al!final!de!este!segundo!tercio!(1982)!la!producción!hidroeléctrica!!media!!! duplicaba!la!demanda.!! ! El!tercer!tercio!(desde!1982!hasta!hoy)!se!caracterizó!por!el!!agotamiento!de!! nuevos!recursos!hidroeléctricos,!la!!necesidad!de!recurrir!cada!vez!más!al! respaldo!térmico!y!por!la!!gran!interconexión!bsica!con!ArgenLna.! ! Las!reformas!!del!mercado!de!energía!de!ArgenLna!de!los!años!!90!!llevaron!a! un!!precio!extremadamente!bajo!de!la!energía!en!ese!país!lo!que!implicó!!en!! forma!no!!decidida,!!que!el!nuevo!respaldo!térmico!estuviese!en!ese!país,!como!! consecuencia!!no!hubo!inversiones!en!Generación!en!Uruguay!durante!15!! años.!!! ! Al!mediar!este!tercio!la!demanda!absorbió!a!la!producción!hidroeléctrica!!y!! parecía!que!Uruguay!estaba!condenado!a!ser!un!país!cada!vez!más!térmico.! 3! Energía%entregada%al%SIN% Evolución%de%la%demanda%Uruguaya% 14.000 Año 2020 13.132 GWh 12.000 Energía (GWh) 10.000 8.000 Año 2000 7.833 GWh 6.000 4.000 2.000 Año 1983 3.550 GWh 0 4! Desarrollo%de%la%Energía%Eólica% En!los!úlLmos!años!se!ve!a!nivel!mundial!un!gran!desarrollo!de!la!generación!eólica.! ! El!principal!inconveniente!que!se!presentaba!era!como!!lidiar!con!la!naturaleza! turbulenta!!e!intermitente!del!viento.! ! Esto!limitaba!los!equipos!!y!limitaba!la!canLdad!de!energía!eólica!inyectable!a!la!red.! ! El!gran!cambio!se!dio!con!el!control!de!potencia!por!velocidad!y!paso!variable,! tecnología!desarrollada!en!los!90!pero!impuesta!comercialmente!en!el!2005.! ! Caracoles!y!KenLlux,!son!ejemplos!del!desarrollo!verLginoso!aún!en!años!recientes.! ! Sin!embargo,!aún!persisten!paradigmas:! ! • Costos!elevados!cuando!se!las!compara!con!!la!energía!convencional.! • Gran!dificultad!para!introducir!!energía!eólica!en!la!matriz!!debido!a!la!dificultad!! !!!!!!!para!gesLonar!esta!fuente.! ! ! 5! Potencial%Eólico%del%Uruguay%% En!razón!de!las!caracterísLcas!geográficas!de!Uruguay,!con!abundantes! llanuras!y!escasos!obstáculos,!tenemos!que!a!100!metros!sobre!el!suelo!el! viento!es!prácLcamente!igual!y!cercano!a!los!8!m/s!en!todo!el!territorio!de! Uruguay! ! Un!aerogenerador!!con!la!tecnología!actual!que!permite!alturas!de!buje!!en! el!entorno!de!los!100!m!!puede!producir!al!40!%!de!su!potencia.! ! En!los!disLntos!parques!que!hemos!estudiado!o!desarrollado!observamos! una!relación!de!1!MW!cada!30!hectáreas.! ! Se!puede!decir!que!el!potencial!eólico!de!Uruguay!es!de!varios!miles!de! MW.! ! PrácLcamente!todo!el!territorio!nacional!es!apto!para!la!instalación!de! molinos!modernos!con!factor!de!uLlización!del!40!%!y!a!razón!de!1!MW! cada!30!hectáreas.! 6! Potencial%Eólico%del%Uruguay%% En!el!1!%!del!territorio!(los!embalses!de!las!presas!o!la!superficie!de! plantaciones!de!arroz!que!son!unas!!200.000!!hectáreas)!se!pueden!instalar! 6.000!MW.! ! En!la!superficie!de!las!plantaciones!de!soja!(!900.000!!!!hectáreas)!se!pueden! instalar!30.000!MW.! ! En!la!superficie!desLnada!a!la!ganadería!!(!16:000.000!!!!hectáreas)!se!pueden! instalar!!530.000!MW.! ! 1!MW!produce!la!energía!que!consumen!1.200!uruguayos!! ! El!crecimiento!histórico!de!la!matriz!eléctrica!uruguaya!corresponden!a!100! MW!eólicos!por!año.! ! El!problema!de!la!eólica!es!la!no!gesLón!del!recurso!viento!por!lo!que!Lene! que!ser!complementada!por!otras!fuentes.!Lo!que!lleva!al!otro!paradigma,!sin! embargo,!la!generación!con!carbón!o!nuclear!tampoco!es!gesLonable.! 7! CompaEbilidad%entre%la%Energía%Eólica%%y%la%Energía% Hidroeléctrica%% • Los! fenómenos! hidrológicos! Lenen! una! frecuencia! baja! en! comparación! con!los!fenómenos!eólicos.! • Para! establecer! la! magnitud! del! recurso! de! un! sistema! hidrológico! que! alimenta! centrales! hidroeléctricas! las! normas! recomiendan! realizar! medidas! a! lo! largo! de! al! menos! treinta! años.! Esto! es! debido! a! que! los! fenómenos! como! crecientes! y! sequias! pueden! tener! duraciones! que! a! veces!superan!meses!o!incluso!años.! • Esto! hace! que! las! Centrales! Hidroeléctricas! no! sean! confiables! en! el! mediano!y!largo!plazo!y!que!la!potencia!firme!que!en!algunos!sistemas!se! define!como!aquella!que!Lene!probabilidad!de!ser!superada!en!el!95%!de! los!casos,!sea!una!pequeña!fracción!de!la!producción!media.! • Por! el! contrario,! la! presencia! de! diques! para! formar! el! salto! hidráulico! establece! embalses! que! actúan! como! “tanques! de! combusLble”! o! “tuberías!de!gas”!que!brindan!confiabilidad!en!el!corto!y!mediano!plazo,! desde!horas!hasta!meses!en!algunos!casos.! 8! CompaEbilidad%entre%la%Energía%Eólica%y%la%%Energía% Hidroeléctrica%%% • Los!fenómenos!eólicos!Lenen!una!frecuencia!alta!!en!comparación!con!los! fenómenos!hidrológicos.! • Para! establecer! la! magnitud! del! recurso! de! una! región! que! ! alimenta! centrales!eólicas,!las!normas!recomiendan!realizar!medidas!a!lo!largo!de!al! menos!un!año.! • Esta!alta!frecuencia!hace!que!por!“la!ley!de!grandes!números”! !la!energía! de!un!período!de!Lempo!de!días!o!semanas!sea!muy!confiable!para!el!caso! de!un!parque!!eólico.! • Tal!es!así!que!la!producción!de!un!parque!suele!medirse!en!horas!anuales! de!potencia!nominal.! • Sin! embargo,! la! Energía! Eólica! es! muy! variable! y! casi! impredecible! en! cuesLón!de!fracciones!de!horas!!! 9! CompaEbilidad%entre%las%Energías%Eólica%y%la%Energía%% Hidroeléctrica%% • Este!complemento!en!el!corto!y!mediano!plazo!es!además!del!que!pueda! exisLr! en! una! región! o! entre! diferentes! regiones! entre! temporadas! ventosas!y!lluviosas,!el!que!hace!que!la!generación!hidráulica!sea!el!socio! ideal!para!las!Eólica! ! • Por! otra! parte! la! energía! hidroeléctrica! es! la! tecnología! de! generación!! más! versáLl! en! tanto! es! de! parada! y! arranque! rápido,! permite! brindar! todos! los! servicios! que! precisa! un! sistema! eléctrico! como! regular! frecuencia,! carga! y! tensión,! y! es! la! que! por! su! gesLonabilidad! en! el! corjsimo! plazo! permite! acompañar! las! fluctuaciones! ! de! potencia! de! la! Eólica! 10! CompaEbilidad%entre%la%Energía%Eólica%y%la%Energía% Hidroeléctrica%% • Esta!diferencia!de!frecuencias! !que!como!si!el!almanaque!de!unas!y!otras! cambiara! a! disLnta! velocidad,! hace! que! exista! una! complementariedad! intrínseca!entre!parques!y!represas.! • Esta! complementariedad! lleva! a! establecer! una! Regla! de! Pulgar! (Rule! of! Thumb)!o!Regla!de!Oro!que!dice!que!un!sistema!eléctrico!puede!soportar!! sin! problemas! de! gesLón! tanta! potencia! eólica! como! potencia! hidráulica! tenga! instalada.! Esto! se! jusLfica! claramente! en! la! capacidad! de! la! Hidráulica!de!cubrir!las!variaciones!de!la!Eólica.!! • Una!regla!de!pulgar!se!refiere!a!una!regla!sencilla!no!rigurosa!que!permite! tomar!decisiones!seguramente!acertadas.! 11! Composición%de%la%demanda%en%2020% • La!demanda!!estará!en!los!13.000!GWh! • La!hidráulica!media!será!como!hoy!!6.500!GWh! • Es!esperable!una!producción!por!biomasa!y!por!fotovoltaica!!!de!1.500! GWh! • Para!que!el!resto!sea!de!eólica!serán!necesarios!5.000!GWh!que! corresponden!a!1.400!MW!de!eólica.! • Con!esto!estamos!en!38!%!de!eólica,!por!lo!que!seremos!el%país%más%eólico% del%Mundo%!(Dinamarca!22!%,!España!18%)! • Estos!1.400!MW!seguramente!se!alcancen!antes!del!2016! • Con!un!beneficio!de!al!menos!60!dólares!por!MWh!(con!gas!natural!o!120! sin!gas)!,!tendremos!un!ahorro!anual!!de!al!menos!!U$S:!300!!o!U$S:!600! • También!estos!parques!requerirán!regulaciones!de!frecuencia!secundaria,! ya!que!puede!haber!variaciones!horarias!superiores!a!los!500!MW!! • Si!los!parques!están!distribuidos,!es!muy!dibcil!que!haya!necesidad!de!parar! parques!porque!la!demanda!estará!siempre!por!encima!de!la!producción! eólica.!Se!esLma!un!“derrame”!de!eólica!inferior!al!1%.! 12! Curva%de%frecuencia%de%excedencias%de%Parque%Distribuido%–%Parque%concentrado% !Parque!Concentrado !Parque!Distribuido! 13! Potencia%máx%O%med%O%mín%%/%Potencia%Eólica%% 14! Composición%de%la%Demanda%en%2020%(%con%hidraulicidad%media)% 15! Composición%de%la%demanda%en%2030% • La!demanda!!estará!en!los!18.000!GWh! • L!a!hidráulica!media!será!como!hoy!!6500!GWh! • Es!esperable!una!producción!por!biomasa!y!!por!fotovoltaica!de! 2500!GWh! • Para!que!el!resto!sea!de!eólica!serán!necesarios!9000!GWH!que! corresponden!a!!2300!MW!de!eólica.! • Con!esto!estamos!en!50!%!de!eólica.! • Estos!2300!MW!seguramente!se!puedan!alcanzar!para!el!2030! • Con!un!beneficio!de!al!menos!60!dólares!por!MWh!(con!gas! natural!o!120!sin!gas),!tendremos!un!ahorro!anual!!de!al!menos!!U $S:!540!o!U$S:!1080! • También!estos!parques!requerirán!regulaciones!de!frecuencia! secundaria,!ya!que!puede!haber!variaciones!horarias!superiores!a! los!800!MW!! • Aunque!!los!parques!están!distribuidos,!!seguramente!habrá!! necesidad!de!parar!parques!porque!la!demanda!será!superara!!por! la!generación!eólica!al!menos!el!20!%!del!Lempo!EsLmándose!un! “derrame”!de!eólica!!del!4!%.! 16! Composición%de%la%Demanda%en%2030%(%con%hidraulicidad%media)% 17! Potencia%máx%O%med%O%mín%%/%Potencia%Eólica%% 18! El%exceso%de%energía%(Eólica%e%Hidráulica%en%condiciones%de% verEmiento%o%biomasa)%se%debe%“derramar”%o%vender%en%mercados% interconectados% ! • El!exceso!de!energía!!de!los!generadores!no!gesLonables!que!no!puede!ser! despachado!debe!ser!repuesto!con!generación!térmica!con!un!costo!de!al! menos!120!U$S/MWh.! • Las!simulaciones!muestran!que!los!excesos!vienen!en!trenes!menores!a!12! horas!y!por!aproximadamente!2.600!horas!al!año.!(30!%)! • Para!aprovechar!esa!energía!en!exceso!se!puede!recurrir!a!tecnologías!de! almacenamiento,! la! más! madura! de! ellas! es! la! uLlización! de! Plantas! de! Acumulación! por! Bombeo! (PSP)! o! Centrales! Hidroeléctricas! Reversibles! (CHR).! • Esta!tecnología!se!usó!mucho!a!mediados!del!siglo!pasado!para!gesLonar! las!centrales!térmicas!de!carbón!o!las!centrales!nucleares,!tecnologías!que! no!permiten!variación!de!carga.! • Han! proliferado! en! Europa! y! en! Norteamérica,! pero! prácLcamente! no! existen! en! LaLnoamérica,! tal! vez! por! la! abundancia! de! generación! hidroeléctrica!convencional.! 19! Centrales de Bombeo Reversibles o Plantas de Acumulación por Bombeo • Las! PSP! no! son! generadores! de! energía! sino! que! son! acumuladores,! no! Lenen!valor!energéLco!en!si!mismo,!sino!es!un!servicio!de!opLmización!y! flexibilidad!para!la!operación!del!sistema.! • Deberían! acumular! energía! cuando! la! potencia! de! las! energías! no! gesLonables! superan! a! la! demanda! para! evitar! derrames,! y! deberían! devolver! lo! acumulado! en! la! primer! oportunidad! en! que! la! demanda! supera!a!la!energía!no!gesLonable.! • Estas! centrales! son! de! vasos! pequeños! por! lo! que! no! Lenen! los! inconvenientes!ambientales!de!las!hidroeléctricas!convencionales.! • Si!se!considera!1!MW!de!Bombeo!que!funciona!un!30%!del!Lempo!y!Lene! un!rendimiento!del!0.80%!recaudará!anualmente:! ! !!!!!!1!MW!*!!8760!h!*!0.30!*!0.8!*!120U$S/MWh!=!250.000!U$S.! ! • Esta!Central!de!Bombeo!se!repagará!en!10!años!si!su!costo!de!instalación! es!menor!o!igual!a!2.500!U$S/kW.! 20! Centrales de Bombeo Reversibles o Plantas de Acumulación por Bombeo • En! 2010! había! 140.000! MW! en! el! mundo,! 21.000! MW! en! USA,! 40.000! MW! en! UE,! 45.000! MW! en! Asia.! En! Uruguay! hay! antecedentes!de!estudios!de!PSP,!vinculados! !al!uso!del!carbón! !o! de!Centrales!Nucleares.! • Se!prevé!un!aumento!de!60!%!para!el!año!2020,!USA!quiere!llegar!a! 50.000! MW,! ! Portugal! quiere! pasar! de! 1.100! MW! a! 4.500! MW,! Suiza!de!1.400!MW!a!6.500!MW,!Noruega!quiere!tener!20.000!MW! para!ese!año.!! • La!causa!de!esto!es!que!es!la!mejor!forma!de!gerenciar!las!energías! renovables!no!gerenciables.!! • Una! ! CHR! al! igual! que! una! hidroeléctrica! convencional! puede! susLtuir! rápidamente! a! la! eólica! ! cuando! el! recurso! desaparece!! bruscamente,! pero! también! puede! consumir! ! y! almacenar! los! excesos!de!producción.! 21! Beneficios de las CHR • Permiten! almacenar! los! excesos! de! energía! no! gesLonable!como!la!eólica!o!la!hidráulica!en!situación!de! verLmiento! • Ayudan! a! la! regulación! de! frecuencia! secundaría! (posibilidad! de! consumir! o! producir! grandes! canLdades! de!energía!en!forma!rápida)! • En!casos!de!baja!hidraulicidad!contribuir!!a!abastecer!los! picos!de!e!potencia!recortando!la!necesidad!de!respaldo! térmico! Plantas%de%Acumulación%%por%Bombeo%% Pump%Storage%Plant%(PSP)% Central%Hidroeléctrica%Reversible%(CHR)% 23! Central%Hidroeléctrica%Reversible%(CHR)% 24! Algunos%ejemplos%de%Centrales%Hidroeléctricas% Reversibles%en%el%mundo%y%algunas%posibilidades% en%Uruguay% 25! La%Muela% 26! Turlough%Hill% 27! Turlough%Hill% 28! Vianden% 29! Vianden% 30! Cuchilla%Negra% Sierra%de% Tambores% Sierra%de%Aceguá% Sierra%de%los%Ríos% Conclusiones%%% ! Las! Centrales! Hidroeléctricas! de! Bombeo! o! Reversibles!! pueden!almacenar!los!verLdos!de!Eólica!!!durante!los!valle!de! la! demanda! y! devolverlos! en! la! primera! oportunidad! que! la! demanda!supera!a!la!potencia!Eólica! ! La!Regla!de!oro!sería:!“se%puede%instalar%tanta%Eólica% % %como% hidráulica% haya% instalada% si% dentro% de% esta% hay% un% porcentaje%significaEvo%de%la%diferencia%entre%la%potencia%de% Eólica% instalada% y% la% potencia% mínima% del% sistema% en% forma% de%centrales%de%bombeo”% ! Uruguay! está! comenzando! a! estudiar! ! esta! alternaLva! de! almacenamiento!de!Energía.! ! Así% como% fue% pionero% en% América% LaEna% con% la% Hidroeléctrica% puede% serlo% en% esta% % suerte% de% producción% “Eolohidráulica”%%o%“Hidroeólica”.% 48!
