Microcentrales Hidroeléctricas

Taller Regional sobre Energías Renovables no-convencionales
Relator: Javier Gho Barba
Enertec SpA
www.enertec-chile.cl
Temuco, 29 de marzo de 2016
1
www.bmghidroconsultores.cl
SITUACION 1
Hay un desnivel entre captación y
restitución en el estero y se
dispone de un caudal para regadío
SITUACION 2
No hay desnivel entre
captación y restitución
pero el cauce del estero
tiene más de 1 metro de
profundidad y trae
velocidad de agua.
2
www.bmghidroconsultores.cl
Ingenios Hidráulicos
Larmahue en la VI Región es un
lugar muy característico por estos
molinos de agua (norias).
NOTA: 17 de las 40 azudas localizadas en este sector
fueron declaradas Monumento Histórico en 1998 ( DS
883 del 19 de agosto de 1998)
Foto : Molino en Curaco de Velez
En el sector aledaño a Castro (Chiloé)
los historiadores indican unas 48
instalaciones (circa 1750 -1800)
Presentación BMG Hidroconsultores
www.bmghidroconsultores.cl
2015
POTENCIA = Producto de CAUDAL * ALTURA
Para Microcentrales
P [kW] = 9,81 * Ef. * Q [m3/s] * Hneta [m]
P [kW] = 7 * Q [m3/s] * Hn [m]
“1 [m3/s] de caudal con una caída de 1 metro son 7 kW” ………...(7*1*1)
“0,100 [m3/s] de caudal con una caída de 10 metros son 7 kW ”…...(7*0,1*10)
“0,010 [m3/s] de caudal con una caída de 100 metros son 7 kW ”….... (7*0,01*100)
POTENCIA * TIEMPO = ENERGÍA ……
4
www.bmghidroconsultores.cl
5
www.bmghidroconsultores.cl
COMPONENTES DE UNA INSTALACION
6
www.bmghidroconsultores.cl
COMPONENTES DE UNA INSTALACION
Desripiador
Bocatoma
Barrera
(Azud)
Cámara
de Carga
Compuerta
de limpieza
Vertedero de
Excedencia
Casa de
Máquinas
Canal de
Restitución
7
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplo de bocatoma lateral con barrera tipo azud
8
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplo de bocatoma lateral con barrera tipo azud
Azud en río Kazeke (Tanzania)
9
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplo de diseño de bocatoma de sumidero (Tirolesa)
10
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplo de diseño de bocatoma de sumidero (Tirolesa)
11
www.bmghidroconsultores.cl
Bocatoma de captación con reja Coanda
www.bmghidroconsultores.cl
Etapas de construcción una Cámara de Carga para Microcentral Hidroeléctrica
www.bmghidroconsultores.cl
Etapa de operación de una Cámara de Carga para Microcentral Hidroeléctrica
www.bmghidroconsultores.cl
Tecnología para Microcentrales
Pelton
Turgo
Flujo Cruzado
Kaplan
Bomba Centrífuga
Campo de aplicación de turbinas hidráulicas según altura y caudal
www.bmghidroconsultores.cl
Campo de Aplicación de Turbinas (Diagrama Genérico)
1000
10
50
00
500
kW
00
10
kW
PELTON
00
0k
W
300
200
50
TURGO
SALTO NETO [m]
100
10
50
50
0
0
kW
kW
FRANCIS
kW
30
20
10
10
BANKI
kW
KAPLAN
6
3
2
0
0.2
0.5
1
2
3
4
5 6 7 8 9 10
20
30
50
100
3
CAUDAL [m /s]
17
www.bmghidroconsultores.cl
18
www.bmghidroconsultores.cl
Turbina Francis
19
www.bmghidroconsultores.cl
Turbina Turgo
20
www.bmghidroconsultores.cl
Turbina Turgo
Rodete Turgo de 100 [mm] de
diámetro para picoturbina Platypus
(Australia) (izq) y de gran potencia
(der.)
www.bmghidroconsultores.cl
Turbina Turgo
(…..para una noción de tamaño de escala)
Diámetro
Rodete
[mm]
Diámetro de
Cazoleta
[mm]
80
30
120
45
180
60
Altura Útil de Salto [m]
15
20
30
5,4
2,1
0,6
12,2
1380
1,4
21,6
920
2,5
6,3
2.385
0,95
14,1
1590
2,1
25,2
1.060
3,8
7,7
2.925
1,7
17,3
1950
3,9
30,8
1.300
6,9
40
8,9
3.380
2,7
20
2270
6
35,6
1.500
10,7
[l/s]
RPM
kW
[l/s]
RPM
kW
[l/s]
RPM
kW
22
www.bmghidroconsultores.cl
23
www.bmghidroconsultores.cl
Superficie suficiente
para instalar CM
Cercado
Distribución
adecuada de
componentes
Acceso expedito
Bodega externa para
almacenaje
Operador cerca
de ella
Bitácora
24
www.bmghidroconsultores.cl
Tecnologías catastradas
25
www.bmghidroconsultores.cl
Diagrama de selección de turbinas hidráulicas según altura y caudal
26
www.bmghidroconsultores.cl
27
www.bmghidroconsultores.cl
Diagrama de Selección de Turbinas (Pelton y Turgo)
Fuente : Gilkes (UK)
28
www.bmghidroconsultores.cl
ETAPAS DE UN PROYECTO DE MCH o PCH
• Perfil de Proyecto ó Evaluación Preliminar de Sitio
• Prefactibilidad Técnico Económica
• Proyecto Ingeniería Básica
• Proyecto Ingeniería de Detalles
29
www.bmghidroconsultores.cl
Desnivel (H) + Caudal (Q) = Oportunidad de Proyecto
P [kW] = 7 * Q [m3/s] * Hn [m]
P [kW] = 7 * Q [m3/s] * H [m]
30
www.bmghidroconsultores.cl
Desnivel (H) + Caudal (Q) = Oportunidad de Proyecto
31
www.bmghidroconsultores.cl
Trabajos de Terreno
•Estimación de altura de
carga
•Estimación de distancia
entre captación y restitución
www.suunto.com
•Estimación de Distancia
entre Generación y Consumo
(Por ej. Turbina a Bombas)
•Estimación de Caudales
•Distancia a la red
•Esquema de Instalación y
Registro Fotográfico
32
www.bmghidroconsultores.cl
33
www.bmghidroconsultores.cl
34
www.bmghidroconsultores.cl
35
www.bmghidroconsultores.cl
CALCULO HIDRAULICO TUBERIA MATRIZ
1
2
3
Desc. Tram o Local
BT
PCH1
PCH2
PCH3
PCH4
PCH5
PCH6
PCH7
Fecha: Marzo 29, 2010
Pág.: 1 de 2
Sector Bajo
Turno:
PCH Azapa
J GHO
Proyecto:
Calculista :
16
Poper.
Turbina
17
(m ca)
(m ca)
(kW)
0,5
heje hid.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Li
L
Q
Dnom.
Di
J
V
Hf
Hf * 1,1
Cota
Ht
Hp
(m )
(m ca)
(m 3/h) (m m )
(m m ) (m /1m ) (m /s) (m ca)
(m )
(m )
0
a
0
0
2160
26
648
0,006 1,82
ab
bc
cd
de
ef
fg
gh
hi
ij
jk
kl
lm
mn
nñ
ño
op
pq
qr
rs
st
tu
uv
vw
wx
xy
yz
za1
a1b1
b1c1
c1d1
d1e1
e1f1
f1g1
g1h1
h1i1
i1j1
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
n
ñ
o
p
q
r
s
t
u
v
w
x
y
z
a1
b1
c1
d1
e1
f1
g1
h1
i1
j1
595
1245
664
711
736
550
1005
1340
1169
378
523
2082
628
520
1339
284
1506
1236
742
1290
1438
1032
1060
1796
1349
1845
514
1376
1163
872
1957
1524
741
1532
1447
1523
595
1839
2503
3214
3950
4499
5504
6845
8014
8392
8915
10997
11625
12145
13484
13767
15274
16509
17252
18541
19980
21012
22071
23867
25216
27061
27575
28952
30114
30986
32943
34468
35209
36741
38188
39711
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
2160
1768
1768
1768
1768
1260
1260
1260
1260
1260
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
26
24
24
24
24
24
24
24
24
24
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
648
597
597
597
597
597
597
597
597
597
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,006
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
Condiciones :
Turbinas 1-4 en sector alto (amarillo)
Turbinas 5-7 en sector bajo (verde)
Todas las turbinas son tipo Flujo Cruzado
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,82
1,76
1,76
1,76
1,76
1,25
1,25
1,25
1,25
1,25
(m ca)
0,00
0,00
1004,8 1005,3
3,40
7,11
3,79
4,06
4,20
3,14
5,74
7,66
6,68
2,16
2,99
11,89
3,59
2,97
7,65
1,62
8,61
7,06
4,24
7,37
8,22
5,89
6,05
10,26
7,70
10,54
2,94
8,07
6,82
5,11
11,48
4,78
2,32
4,80
4,53
4,77
3,74
7,82
4,17
4,47
4,62
3,46
6,32
8,42
7,35
2,38
3,28
13,08
3,95
3,26
8,41
1,78
9,47
7,76
4,67
8,10
9,04
6,48
6,66
11,29
8,47
11,59
3,23
8,88
7,50
5,62
12,63
5,25
2,55
5,28
4,99
5,25
231
1000,4
965,8
955,0
929,3
915,0
896,1
882,0
853,3
840,0
820,0
805,0
760,0
735,3
720,0
710,0
687,4
649,7
617,7
601,8
564,6
534,3
513,0
490,0
460,0
440,0
400,0
389,7
370,0
350,0
330,0
310,0
290,0
284,1
260,0
233,5
208,61
CHazen-Williams =
Chequeo = z + Hf *1,1+ Po =
231,24
Suma Pérdidas =
Diferencia de cota = 796,19
0,00
Presión descarga =
1001,6
993,7
989,6
985,1
980,5
977,0
970,7
962,3
954,9
952,6
949,3
936,2
932,3
929,0
920,6
918,8
909,3
901,6
896,9
888,8
879,8
873,3
866,6
855,3
846,9
835,3
832,0
823,1
815,6
810,0
797,4
792,1
789,6
784,3
779,3
774,1
1,2
27,9
34,6
55,8
65,5
80,9
88,7
108,9
114,9
132,6
144,3
176,2
197,0
209,0
210,6
231,4
199,3
214,2
247,2
271,1
277,9
308,6
332,3
342,4
356,9
375,3
392,0
423,1
426,0
440,0
447,4
462,1
479,6
494,3
495,2
514,1
P
18
Pinstal.:
P [kVA]
81
379
473
63
296
371
87
408
510
145
679
849
66
308
384
45,1
173
216
78,1
213
266
3070
110
Archivo : plahid03.xls
Javier Gho Barba - Energías Renovables - www.bmghidroconsultores.cl
www.bmghidroconsultores.cl
36
37
www.bmghidroconsultores.cl
38
www.bmghidroconsultores.cl
39
www.bmghidroconsultores.cl
Carta Topográfico IGM
Zona de
Deshielo
Curso del
Río
Análisis de
características de
la cuenca
pendientes, uso
de terreno, área
aportante,
vegetación, etc.
Análisis de datos
fluvioy pluviométricos
Analizar datos de
caudales de ríos y
estaciones
pluviométricas
cercanas
Estudio de
Hidrología
Ubicación del
Proyecto
Limite de la
Cuenca
Aportante
Síntesis de
caudales
mensuales para
estimar potencial
energético y
crecidas
para diseñar obras
civiles y
protecciones
Caudal ecológico
/caudal mínimo
Caudal para
sostener actividad
biológica en el rio
(ej. 10% de caudal
normal, 50% de
mínimo, etc.)
40
www.bmghidroconsultores.cl
MicroCentrales Hidroeléctricas
(Potencia hasta 100 kW)
EJEMPLOS
41
www.bmghidroconsultores.cl
PiCH “Quinquén”
PowerPal MHG-1000 LH 1 kW
42
www.bmghidroconsultores.cl
• Pico Central Mano Negra, Coyhaique 300 W (estimado)
Propietario: Günther Schäfer QEPD
Turbina Axial (hélice) en uso
directo, “regulada” en carga
base con calefactores (..y aislada)
43
www.bmghidroconsultores.cl
Cuatro MCH en Aysén
MCH
CHILE
C. Gonzalo
MCH
MCH LºVerde
Sta- Fudelia
MCH El Chenke
44
www.bmghidroconsultores.cl
PiCH 1,5 kW – Michell-Banki Fdo. Sta. Fudelia
45
MCH Cta. Gonzalo - Boca Toma con fallas - Año1999
46
www.bmghidroconsultores.cl
MCH Cta. Gonzalo 25 kW - Rehabilitación de obra de toma
47
www.bmghidroconsultores.cl
MCH Cta. Gonzalo
-
Cámara de carga reconstruida
48
www.bmghidroconsultores.cl
Vista Eª Río Cisnes – Aysén - MCH ‘El Chenke’ 36 kW
50
www.bmghidroconsultores.cl
MCH “El Chenke” – 36 kW – Eª Río Cisnes
C. de Carga
Transformador
C. de
Máquinas
51
www.bmghidroconsultores.cl
MCH “Río Grande” – Turbina y Generador
VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL
VÁLVULA DE MARIPOSA
TURBINA
MANÓMETRO
TAPA
GUARDA-CORREAS
CAÑERÍA AGUA A TQUE. DE CGA. LASTRE
DESAGUE TANQUE
ALTERNADOR
BASTIDOR
BASE
Mapa ubicación
(Ver www.turistel.cl, Mapa Rutero ‘B’)
52
www.bmghidroconsultores.cl
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
Operando a la fecha
53
www.bmghidroconsultores.cl
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
Ahora operando
y vendiendo
a la red
54
www.bmghidroconsultores.cl
MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
BOCATOMA
Ahora operando
y vendiendo
a la red
55
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones
56
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones
57
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones
58
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones
59
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones
MCH “El Chenke” – Turbina y Generador
60
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones
61
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones
62
www.bmghidroconsultores.cl
63
www.bmghidroconsultores.cl
64
www.bmghidroconsultores.cl
65
www.bmghidroconsultores.cl
Instalaciones ULH de Turbinas Seabell (Japón)
www.bmghidroconsultores.cl
67
www.bmghidroconsultores.cl
Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída
C&K
H = 10 m Q = 4 [m3/s] 2* 150 kW
C&K
H = 7 m Q = 1,4 [m3/s] 75 kW
www.bmghidroconsultores.cl
Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída
C&K H = 8 m Q = 1,4 [m3/s] P = 90 + 15 kW
C&K H = 2,5 m Q = 0,25 [m3/s] P = 5,5 kW
www.bmghidroconsultores.cl
Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída
C&K H = 28 m Q = 3[m3/s] P = 3 *225 kW
C&K
H = 2,1 m Q = 3,2 [m3/s] P = 45 kW
C&K H = 7 m Q = 1,8 [m3/s] 110 kW
C&K
H = 2,1 m Q = 1,5 [m3/s] P = 25 kW
www.bmghidroconsultores.cl
Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída
C&K
H = 4,7 m Q = 5,6 [m3/s] 200 kW
C&K
H = 3,5 m Q = 4,5 [m3/s] 120 kW
www.bmghidroconsultores.cl
Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída (AC)
CK Kaplan P = 370 [kW]
[m3/s]
H = 4,7 [m] Q = 10
www.bmghidroconsultores.cl
Turbina Tornillo de Arquímides VLH
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos
Altura : 3,6 m
Capacidad : 5,72 [m3/s]
N : 28 RPM
D: 2,6 m
Ángulo : 22º
P : 150 kW
G: 670 MWh
Anual CO2 evitado: 288 Ton
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos
P: 26,8 [kW] / Hb =1,25 [m] 3,15 [m3/s]
www.bmghidroconsultores.cl
Turbinas hidrocinéticas
(New Energy Corporation (Canadá))
Instalación sobre estructura flotante
Instalación sobre estructura fija
78
www.bmghidroconsultores.cl
79
www.bmghidroconsultores.cl
80
www.bmghidroconsultores.cl
81
www.bmghidroconsultores.cl
82
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplo de bocatoma de gabiones
Piscicultura Hueyusca ( Camanchaca) – Gentileza Alvaro Poblete
83
www.bmghidroconsultores.cl
Ejemplo de bocatoma de gabiones
Piscicultura Hueyusca ( Camanchaca) – Gentileza Alvaro Poblete
84
www.bmghidroconsultores.cl
85
www.bmghidroconsultores.cl
86
www.bmghidroconsultores.cl
87
www.bmghidroconsultores.cl
88
www.bmghidroconsultores.cl
89
www.bmghidroconsultores.cl
90
www.bmghidroconsultores.cl
91
www.bmghidroconsultores.cl
92
www.bmghidroconsultores.cl
Recomendaciones para instalación de turbinas hidrocinéticas
• Análisis de caudales medios mensuales y crecidas para periodos de
retorno 100, 200 años (chequear con 500 años).
• Instalación en canal de derivación con vertedero de seguridad
• Rejas de desbaste gruesas y finas para evitar materias (suspensión y
semisumergidas)
• Velocidad de diseño idealmente mayor a 1,5 [m/s]
• Potencias sobre 5 kW
• Sistemas autónomos
Buscar fabricantes establecidos con historia y respaldo post-venta
93
www.bmghidroconsultores.cl
Referencias bibliográficas para diseño en pagina web CNR
94
www.bmghidroconsultores.cl
Referencias bibliográficas para diseño en pagina web CNR
95
MCH deficientes
MCH Exitosas
Consejos para el desarrollo de un proyecto
96
www.bmghidroconsultores.cl
97
https://www.youtube.com/watch?v=MEbyFYsn_Gk
https://www.youtube.com/watch?v=fVvCiqhc_Eo
https://www.youtube.com/watch?v=lgpIwLJZIeg
https://www.youtube.com/watch?v=S3MQJSDoTuw
98
www.bmghidroconsultores.cl