Tecnologías y Sistemas Eléctricos Unidad 1 Sistemas

Tecnologías y Sistemas Eléctricos
Unidad 1
Sistemas Eléctricos
Universidad de las Américas
Programa
PROGRAMA DE LA UNIDAD
- Sistema Eléctrico Chileno.
- Reseña histórica.
- Tecnologías de generación eléctrica.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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1
Composición del Sistema Eléctrico Chileno
Antofagasta
Santiago
SING
24.3%
SIC
75%
Aysen + Magall
System 0.7%
Punta
Arenas
TOTAL
Generación
= 11,424 GWh
Capacidad instalada = 3,642 MW
Demanda máxima = 1,467 MW
Población
= 5.7%
Generación
Capacidad Instalada
Demanda máxima
Población
= 33,708 GWh
= 6,996 MW
= 5,162 MW
= 92.7%
Generación
Capacidad Instalada
Demanda máxima
Población
= 276 GWh
= 101 MW
=
53 MW
= 1.7%
Generación
Capacidad instalada
Demanda maxima
Población
= 45,408 GWh
= 10,731 MW
= 6,782 MW
=
15 millones
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
3
Reseña histórica
RESEÑA HISTÓRICA
-
Composición del sistema eléctrico chileno
Historia de la generación en Chile (SIC).
Evolución de las principales empresas de generación.
Evolución del Plan de Obras.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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Reseña histórica
Historia del Sistema Interconectado Central (SIC)
Extensión : III Región hasta Los Lagos, incluyendo Chiloé
que se enlaza por cable aéreo.
Comienzos:
- 03/sep/1883, inauguración del primer tranvía eléctrico
que circuló en Santiago (Chivilingo).
- 1883, fue inaugurado el primer alumbrado eléctrico por
un empresario que instaló un dínamo accionado con un
motor a gas en pleno centro de la capital (Plaza de
Armas, el pasaje Matte y ciertos comercios céntricos).
En adelante, la transformación del potencial hidráulico de
los ríos chilenos desde la molienda del trigo y en algunas
fábricas, a la sustitución de las ruedas hidráulicas por las
turbinas generadoras de electricidad.
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Reseña histórica
- 1897, construcción de la primera central hidroeléctrica
chilena para las minas de carbón de Lota, en Chivilingo.
Con esta electricidad se iluminaron las minas de Lota y se
hicieron funcionar los elevadores y las bombas de agua.
El desarrollo urbano de Santiago estimuló la instalación de
tranvías eléctricos, proyecto desarrollado por empresas
británicas (gestión y funcionamiento se encargó en 1897 la
empresa Parrish and Brothers, de Londres). En 1899 la red
fue transferida a la empresa Tramway and Light Co.,
también con sede en Londres.
Central Chivilingo
En aquella época, la corriente generada era continua y no
podía trasladarse a grandes distancias, debido a las
pérdidas por resistencia de los cables. Por ello, las
centrales eléctricas se construyeron cerca de las áreas de
consumo.
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Reseña histórica
- 1900, puesta en servicio de la central a carbón Mapocho destinada a la red de
tranvías. Se trataba de una central termoeléctrica.
La tecnología hizo su aporte para transformar la corriente de continua en
alterna. Eso se logra elevando su potencial y disminuyendo la intensidad, con lo
cual se minimizan enormemente las pérdidas de conducción.
-1905, cerca de Valparaíso se instala la central El Sauce, la primera
hidroeléctrica con alternadores del país.
- 1909, inauguración de la central Florida.
Dichas obras estaban destinadas a abastecer la demanda urbana de Santiago y
de Valparaíso: alumbrado público, uso doméstico y energía industrial. Otras
ciudades menores emularon a la capital y a la ciudad portuaria e introdujeron sus
propias redes eléctricas.
- 1905 se fundaría la Compañía General de Electricidad (CGE) para
aprovechar los saltos de agua de la región del Biobío y Concepción.
La electricidad tuvo su mayor auge en la década de 1920. Las ciudades se
electrificaron. Incluso las viviendas más humildes tenían luz eléctrica.
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Reseña histórica
Las mineras del cobre y del salitre la utilizaban cada
vez más. La noche chilena se iluminaba con decenas
de miles de luces incandescentes. Fue el tiempo
propicio para crear numerosas empresas.
Central Maitenes
En 1920 se fundó una empresa eléctrica chileno.
estadounidense, la Compañía Nacional de Fuerza Eléctrica (Conafe), y se
construyó la hidroeléctrica de Maitenes, en el río Colorado, afluente del Maipo.
Seis años después se creó la Sociedad Austral de Electricidad (Saesa) en la
región de Arauco, cuyos principales centros de consumo fueron Puerto Montt y, a
partir de 1928, Osorno. Más tarde Saesa se introdujo en la Región de Los Lagos.
La incidencia social de la electricidad motivó la intervención de los poderes
públicos, que regularon el uso y la producción, fijando normas de seguridad y
estableciendo un sistema de concesiones a las empresas mediante licitación
pública. Esta tarea se le encargó a la Dirección de Servicios Eléctricos y de Gas,
ente estatal, en funcionamiento desde 1925 (DL-252).
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Reseña histórica
En 1928 se inauguró la central hidroeléctrica de Queltehue y
se perfeccionó la interconexión entre las dos redes principales,
las de Santiago y Valparaíso. En la capital, la vieja central
térmica de la calle Mapocho fue reconvertida a corriente
alterna. Pese a los avances, hasta fines de 1939 Chile era uno
de los países menos desarrollados en cuanto al uso de la
electricidad. La situación empezó a cambiar cuando ese mismo
año se crea la Corporación de Fomento de la Producción
(CORFO), entidad estatal que planificó la electrificación
sistemática del país.
Para desarrollar el plan de electrificación, la Corfo impulsó la
creación de la Empresa Nacional de Electricidad (Endesa),
en 1944, con el fin de optimizar los recursos hidroeléctricos.
Para concretarlo, el país fue dividido en siete regiones
eléctricas, de acuerdo con los recursos generadores de cada
una, considerando la situación geográfica de los ríos y la
naturaleza de sus regímenes y, además, analizando las
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Lago Laja
Central Abanico
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Reseña histórica
condiciones del momento y las futuras en el desarrollo del
consumo de energía eléctrica.
Aunque Chile es un país deficitario en recursos energéticos,
dispone de un notable potencial hidroeléctrico que entonces
se hallaba bastante sub-utilizado. Por este motivo, Endesa
comenzó la construcción de grandes centrales hidroeléctricas:
en 1944 Pilmaiquén (X Región); en 1948 Sauzal (VI región),
y Abanico (VIII Región), y en 1952 Los Molles (IV Región).
Central Sauzalito
Además se pusieron en funcionamiento diversas plantas
termoeléctricas en Antofagasta, Copiapó, Ovalle, La Serena y
Punta Arenas, entre otras.
A finales de la década de 1950 e inicios de 1960, Endesa
prosiguió la construcción de centrales hidroeléctricas: en 1955
se inauguró Cipreses y en 1959, Sauzalito. En 1962, entre
los lagos Calafquén y Panguipulli, se construyeron las
centrales de Sauzal y Pullinque.
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Central Bocamina
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Reseña histórica
Además, se instalaron líneas de alta tensión de 110 kW que
permitieron la interconexión de los diferentes subsistemas
eléctricos.
El abastecimiento de la región central había quedado
obsoleto y sobrecargado. Para afrontar el problema, la
Compañía Chilena de Electricidad (Chilectra) construye
las centrales térmicas de Renca en 1962, y Ventanas 1, en
1964. Entre 1960 y 1970 se construyeron grandes
hidroeléctricas: en 1968 se inauguró Rapel de 375 MW,
Bocamina en 1970, de 128 MW, y en 1973 El Toro, de 450
MW (VIII región). Dos nuevos gigantes empezaron a
generar electricidad en la década de los 80: Antuco, con
320 MW, y Colbún-Machicura (470 MW + 95 MW).
A partir de 1981, mediante el proceso de privatización de las
empresas Estatales fueron reestructuradas y privatizadas
entre los años 1983 y 1987, cumpliendo claros roles de
generación y distribución. Entre las primeras se cuentan los
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Central Rapel
Central Machicura
11
Reseña histórica
casos de AESGener, Endesa y Colbún y entre las segundas
Chilectra y Chilquinta.
Entre 1991 y 1997, en la cuenca del Maule (VII región) entra
en servicio la serie hidráulica Curillinque-Loma AltaPehuenche (85MW + 38MW + 560MW). En 1995, Ingresa al
SIC la central a carbón Guacolda (300 MW), ubicada en el
pueblo de Huasco. En 1996 la central Pangue (450 MW),
comenzó a producir energía y un año más tarde ingresan al
sistema las centrales de cogeneración de la empresa Arauco
Generación (53 MW).
A partir de 1997, se introduce una tecnología más eficiente
que las ya conocidas, los ciclos combinados. De esta manera,
en 1997 entra en servicio la central Nueva Renca (379 MW),
la primera en su tipo, luego San Isidro (379 MW) en 1998 y
finalmente Nehuenco I (370 MW) en 1999.
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Central Ventanas
Central Pangue
Central Arauco
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Reseña histórica
Los proyectos desarrollados en adelante han sido basados
en la disponibilidad de gas natural, tales como las turbinas de
Taltal (2 x 120 MW), Turbina Nehuenco 9B (120 MW) y el ciclo
combinado Nehuenco II (384 MW), como también de origen
hidráulico, Mampil, Peuchén y el gran mega proyecto hidráulico
Ralco (570 MW) puesto en servicio en septiembre de 2004.
Central San Isidro
Central Peuchén
Central Ralco
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Reseña histórica
Pese al gran desarrollo en plantas generadoras, las
características del territorio chileno, con sus enormes
distancias de norte a sur, han impedido la integración de
los diversos sistemas eléctricos.
GASATACAMA
NORGENER
7.6%
CELTA
5.0%
EDELNOR
19.9%
21.5%
En la actualidad existe cuatro sistemas eléctricos,
pero los dos más importantes son el Sistema
Interconectado del Norte Grande (SING), basado
fundamentalmente en centrales termoeléctricas, y el
Sistema Interconectado Central (SIC) con aporte hidroAES GENER
térmico. Los dos restantes funcionan en la zona sur y en 17.7%
la más austral.
ELECTROAN
28.3%
El SING se encuentra en las regiones de Tarapacá y
Antofagasta, cuya propiedad es privada. La participación
se compone de: Celta (180 MW), Edelnor (723 MW),
Electroandina (1.029 MW), AESGener (623 MW),
GasAtacama (781 MW) y Norgener (277 MW).
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Mercado Eléctrico Chileno
MERCADO ELÉCTRICO CHILENO (SIC)
- Sistemas interconectados (SIC-SING-otros)
- Cadena de suministro (Generación - Transmisión - Distribución Clientes).
- Organismos Estatales que participan en el mercado.
- Normativa eléctrica.
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Mercado Eléctrico Chileno
De acuerdo con la política económica que se aplica en el país, las
actividades de generación, transporte y distribución de electricidad son
desarrolladas en Chile por el sector privado, cumpliendo el Estado una función
reguladora, fiscalizadora y subsidiaria. Es decir, las empresas tienen una amplia
libertad para decidir acerca de sus inversiones, la comercialización de sus
servicios y la operación de sus instalaciones, siendo por tanto responsables por
el nivel de servicio otorgado en cada segmento, en cumplimiento de las
obligaciones que imponen las leyes, reglamentos y normas que en conjunto
componen el marco regulatorio del sector.
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Mercado Eléctrico Chileno
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Mercado Eléctrico Chileno
Generación
Este segmento está constituido por el conjunto de empresas eléctricas
propietarias de centrales generadoras de electricidad, transmitida y distribuida
a los consumidores finales. Este mercado se caracteriza por ser competitivo,
con claras deseconomías de escala en los costos variables de operación y en
el cual los precios tienden a reflejar el costo marginal de producción.
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Mercado Eléctrico Chileno
Matriz Energética del SIC - 2003
8,000
7,000
6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
Embalse
Pasada
Diesel
Carbón
Gas
2,004
2,003
2,002
2,001
2,000
1,999
1,998
1,997
1,996
1,995
1,994
1,993
1,992
1,991
1,990
1,989
1,988
1,987
1,986
0
1,985
1,000
Desecho forestal
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Mercado Eléctrico Chileno
Matriz Energética del SING - 2003
4,000
3,500
3,000
2,500
2,000
1,500
1,000
Embalse
Pasada
Diesel
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Carbón
Gas
2,004
2,003
2,002
2,001
2,000
1,999
1,998
1,997
1,996
1,995
1,994
1,993
1,992
1,991
1,990
1,989
1,988
1,987
1,986
0
1,985
500
Desecho forestal
20
10
Mercado Eléctrico Chileno
Matriz Energética de Chile - 2003
12,000
10,000
8,000
6,000
4,000
Embalse
Pasada
Diesel
Carbón
Gas
2,004
2,003
2,002
2,001
2,000
1,999
1,998
1,997
1,996
1,995
1,994
1,993
1,992
1,991
1,990
1,989
1,988
1,987
1,986
0
1,985
2,000
Desecho forestal
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Mercado Eléctrico Chileno
Suministradores de electricidad
SING
SIC
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Endesa
Pehuenche
San Isidro
Colbún
Aes-Gener
Guacolda
Eléctrica Santiago
Arauco Generación
Otros (Pilmaiquén, Pullinque,
HGV-HASA, Petropower, etc..)
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•
•
•
•
•
•
Celta
Edelnor
Electroandina
Aes-Gener
Gas Atacama
Norgener
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Mercado Eléctrico Chileno
Participación de mercado por Grupo Económico 2003
100%
80%
60%
40%
OTROS
SING
0%
SIC
20%
AES Gener S.A.
ENDESA
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COLBÚN SA
Tractebel
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Mercado Eléctrico Chileno
Transmisión
El sistema de transmisión corresponde al conjunto de líneas, subestaciones y
equipos destinados al transporte de electricidad desde los puntos de producción
(generadores) hasta los centros de consumo o distribución. En Chile se
considera como transmisión a toda línea o subestación con un voltaje o tensión
superior a 23.000 Volts. Por Ley, las tensiones menores se consideran como
distribución.
La transmisión es de libre acceso para los generadores, es decir, estos pueden
imponer servidumbre de paso sobre la capacidad disponible de transmisión
mediante el pago de peajes.
En el sistema de transmisión se puede distinguir el sistema troncal (conjunto de
líneas y subestaciones que configuran el mercado común) y los sistemas de
subtransmisión (que son aquellos que permiten retirar la energía desde el
sistema troncal hacia los distintos puntos de consumo locales).
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Mercado Eléctrico Chileno
Distribución
Los sistemas de distribución están constituidos por las líneas, subestaciones y
equipos que permiten prestar el servicio de distribuir la electricidad hasta los
consumidores finales, localizados en cierta zona geográfica explícitamente
limitada. Las empresas de distribución operan bajo un régimen de concesión de
servicio público de distribución, con obligación de servicio y con tarifas
reguladas para el suministro a clientes regulados. Estas empresas operan en su
zona de concesión sin que exista posibilidad de competencia, dado que son
monopolios naturales.
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Mercado Eléctrico Chileno
Clientes
Los consumidores se clasifican según la magnitud de su demanda en:
1. Clientes regulados: Consumidores cuya potencia conectada es inferior o igual a
500 kilowatts; y
2. Clientes libres o no regulados: Consumidores cuya potencia conectada es
superior a 500 kW. No obstante, los suministros a que se refiere el numeral
anterior podrán ser contratados a precios libres cuando ocurra alguna de las
circunstancias siguientes: cuando se trate de servicio por menos de doce meses;
cuando se trate de calidades especiales de servicio.
A nivel nacional, los clientes no regulados representaron cerca del 54% del
consumo total de energía del año 2003.
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Mercado Eléctrico Chileno
Regulados
MAGALLANES
AYSÉN
SIC
35,000
30,000
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
0
SING
Ventas por tipo de cliente - 2003
Industriales
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Mercado Eléctrico Chileno
La coordinación de la operación de las centrales generadoras es efectuada
en cada sistema eléctrico por un Centro de Despacho Económico de Carga
(CDEC), organismo conformado por las principales empresas de generación. El
CDEC es el encargado de planificar la operación óptima del sistema y de valorar
económicamente las transferencias de energía que se producen entre todos los
generadores.
Ente coordinador de la operación
Clientes libres
(CDEC-SIC)
Distribuidoras
Transmisión
Generación
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Cooperativas
Flujo de energía
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Mercado Eléctrico Chileno
Los organismos del Estado que participan en la regulación del sector
eléctrico en Chile son principalmente:
•
Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción,
•
Comisión Nacional de Energía (CNE),
•
Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC),
•
Comisión Nacional del Medioambiente (CONAMA),
•
Superintendencia de Valores y Seguros (SVS),
•
Municipalidades y
•
los organismos de defensa de la competencia.
La SEC, la SVS, y los organismos de defensa de la competencia cumplen
además un rol fiscalizador.
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Mercado Eléctrico Chileno
Comisión Nacional de Energía (CNE)
Es una persona jurídica de derecho público, funcionalmente descentralizada
y autónoma, que se relaciona directamente con el Presidente de la República. Su
función es elaborar y coordinar los planes, políticas y normas necesarias para el
buen funcionamiento y desarrollo del sector energético nacional, velar por su
cumplimiento y asesorar a los organismos de Gobierno en todas aquellas
materias relacionadas con la energía.
Particularmente en el sector eléctrico, la CNE es responsable de diseñar las
normas del sector y de calcular los precios regulados que la legislación ha
establecido ( informes técnicos). Actúa como ente técnico, informando al
Ministerio de Economía cuando se plantean divergencias entre los miembros de
los Centros de Despacho Económico de Carga (CDEC), a objeto que dicho
ministerio resuelva.
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Mercado Eléctrico Chileno
El Ministerio de Economía,
Fomento y Reconstrucción
Es el Ministerio encargado de fomentar la modernización de la estructura
productiva del país, el fortalecimiento y expansión de la economía chilena y su
inserción activa en los mercados internacionales. Con este objetivo implementa
mecanismos destinados a corregir las distorsiones de los mercados y a ampliar
su transparencia.
En el sector eléctrico es el encargado de fijar las tarifas de distribución
eléctrica, los precios de nudo y de resolver los conflictos entre los miembros de
los CDEC, en todos los casos, previo informe de la CNE. Además, otorga las
concesiones definitivas previo informe de la SEC.
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Mercado Eléctrico Chileno
La Superintendencia de Electricidad
y Combustibles (SEC)
Es el organismo encargado de fiscalizar y supervigilar el cumplimiento de las
leyes, reglamentos y normas técnicas sobre generación, producción,
almacenamiento, transporte y distribución de combustibles líquidos, gas y
electricidad.
La SEC es el responsable técnico de otorgar concesiones provisionales y de
informar al Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción sobre las
solicitudes de concesión definitivas que se refieran a distribución de electricidad y
a la instalación de centrales hidráulicas, subestaciones eléctricas y líneas de
transmisión (la solicitud de concesión definitiva no es obligatoria en estos últimos
tres casos). Asimismo, la SEC es responsable de verificar la calidad de los
servicios prestados.
La SEC es un organismo descentralizado, regido por la Ley Nº18.410, de
1985, que se relaciona con el Gobierno por intermedio del Ministerio de
Economía, Fomento y Reconstrucción.
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Mercado Eléctrico Chileno
La Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA)
La CONAMA es la institución del Estado que tiene como misión promover la
sustentabilidad ambiental del proceso de desarrollo y coordinar las acciones
derivadas de las políticas y estrategias definidas por el gobierno en materia
ambiental. Esta actúa como órgano de consulta, análisis, comunicación y
coordinación en materias relacionadas con el medio ambiente. Asimismo, es la
encargada de administrar el sistema de evaluación de impacto ambiental a nivel
nacional, coordinar los procesos de generación de las normas de calidad
ambiental y determinar los programas para su cumplimiento.
La Comisión Nacional del Medio Ambiente es una institución dependiente del
Ministerio Secretaría General de la Presidencia y se rige por la Ley Nº19.300, de
1994.
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Mercado Eléctrico Chileno
Superintendencia de Valores y Seguros
(SVS)
Es el organismo encargado de fiscalizar el cumplimiento de las leyes,
reglamentos y normas que rigen a las personas que emiten o intermedian valores
de oferta pública, las bolsas de valores, los fondos mutuos, las sociedades
anónimas y las empresas de seguros.
La SVS es una institución autónoma, regida por el Decreto Ley Nº3.538, de
1980, que se relaciona con el Gobierno a través del Ministerio de Hacienda.
Los Organismos de Defensa de la Competencia
Son los encargados de prevenir, investigar y corregir los atentados a la libre
competencia y los abusos en que puede incurrir quien ocupe una posición
monopólica. Tales organismos son: a) las Comisiones Preventivas Regionales; b)
la Comisión Preventiva Central; c) la Comisión Resolutiva; y d) la Fiscalía
Nacional Económica. Todos ellos se rigen por el Decreto Ley Nº211, de 1973,
refundido por el Decreto Nº511, de 1980.
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Mercado Eléctrico Chileno
Las Municipalidades
Las municipalidades participan en la regulación del sector eléctrico otorgando
los permisos para que las líneas de transporte de electricidad no sujetas a
concesión crucen las calles, otros bienes nacionales de uso público u otras
líneas eléctricas.
Además, en el caso de los sistemas eléctricos con capacidad instalada
menor a 1.5 MW, las municipalidades negocian con las empresas concesionarias
de distribución respectivas las tarifas y la calidad del suministro.
Los Centros de Despacho Económico de Carga (CDEC)
Son organismos sin personería jurídica, integrados por las principales
empresas generadoras de cada sistema eléctrico, que regulan el funcionamiento
coordinado de las centrales generadoras y líneas de transmisión que funcionan
interconectadas en el correspondiente sistema eléctrico. Se rigen por el Decreto
Supremo Nº327 de 1998, del Ministerio de Minería.
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Mercado Eléctrico Chileno
La actual normativa que rige al sector eléctrico se compone
de:
Ley General de Servicios Eléctricos (DFL-1/82)
Preservar la seguridad del servicio en los sistemas eléctricos.
Garantizar la operación más económica para el conjunto de las
instalaciones del sistema eléctrico.
Garantizar el derecho de servidumbre sobre los sistemas de transmisión
establecidos mediante Concesión.
Decreto Supremo 327
-
Reglamento de la Ley General de Servicios Eléctricos (sep-98)
• Normas técnicas para Instaladores
-
Normas técnicas para trabajar en electricidad
Código eléctrico (NCH 2/84, NCH 4/84, NCH 10/84)
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Mercado Eléctrico Chileno
Normas para Instaladores
- NCH 2/84, Elaboración y presentación de proyectos,
- NCH 4/03, Instalaciones interiores en baja tensión,
- NCH 10/84, Trámite para puesta en servicio de una instalación interior,
- NSEG 03, Normas técnicas sobre medidores,
- NSEG 05, Reglamento de instalaciones eléctricas de corrientes fuertes,
- NSEG 06, Cruces y paralelismos de líneas eléctricas,
- NSEG 09, Alumbrado público en sectores urbanos,
- NSEG 13, Recubrimientos a base de pinturas para cajas metálicas de
empalmes eléctricos y similares,
- NSEGTEL 14, Empalmes aéreos trifásicos,
- NSEG 16, Especificaciones de transformadores de distribución 13,2 kV,
- NSEG 20, SS/EE transformadoras interiores,
- NSEG 21, Alumbrado público en sectores residenciales,
- NCH 32/85, Sistemas de medida para tarifas horaria BT4, caso monofásico,
- NCH 32/85, Sistemas de medida para tarifas horaria BT4, caso trifásico.
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Mercado Eléctrico
Servicios ofrecidos
Energía activa
Potencia activa
Servicios complementarios (en estudio)
Energía reactiva
Regulación de tensión
Regulación de frecuencia primaria
Regulación de frecuencia secundaria
Reserva en giro
Reserva pronta
Partida autónoma
Estabilidad de la red
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Mercado Eléctrico
MW
potencia
energía
hrs
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Mercado Eléctrico Chileno
Consumidores
Cada Industrial que sea suministrado desde un sistema interconectado puede
contratar el suministro de energía y potencia eléctrica a distintos tipos de
oferentes conectados al sistema:
Emp. Gen. 1
G1
G4
G5
G2
sistema transmisión
Industrias
Pot > 0,5 MW
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G3
Emp. Gen. 2
ED2
Industrias
Pot < 0,5 MW
40
20
Mercado Eléctrico Chileno
Precio de la energía en el mercado spot (CMg)
60.0
50.0
[$/kWh]
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
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Mercado Eléctrico Chileno
SUMINISTRO
ELECTRICO
Sistema tarifario precio
regulado (Generación)
CLIENTES
CON P<= 2 MW
CLIENTES
CON P> 2 MW
OTRAS EMPRESAS
DISTRIBUIDORAS
PRECIO REGULADO
PRECIO LIBRE
- PRECIO REGULADO =
PRECIO DE NUDO +
RECARGOS POR
TRANSMISION Y
TRANSFORMACION
CLIENTES
CON P<= 2 MW
PRECIO REGULADO
CARGO
FIJO
CARGO POR ENERGIA
Y POR POTENCIA
- MEDIDA E
- MEDIDA E,DM
- MEDIDA E,DH
OTROS
CARGOS
- MAL FACTOR
DE POTENCIA
- DISTANCIA
- VOLTAJE DE
MEDIDA
TARIFAS BT-1, BT-2, BT-3, BT-4, AT-2, AT-3, AT-4
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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21
Mercado Eléctrico Chileno
Sistema tarifario precio
regulado (Distribución)
CARGO POR ENERGIA
Y POR POTENCIA
PRECIOS DE NUDO
RECARGOS POR
TRANSMISION Y
TRANSFORMACION
precios de generación-transporte
•
VALORES AGREGADOS DE
DISTRIBUCION
- COSTOS FIJOS
- PERDIDAS DE ENERGIA
Y POTENCIA
- COSTOS ESTANDARES DE
INVERSION, OPERACION
Y MANTENIMIENTO
Costos fijos
gastos de administración, facturación, lectura de medidores
y reparto de boletas, cobranzas
•
•
Pérdidas medias de energía y potencia
Costos estándares de inversión, operación y mantenimiento
(asociados a la distribución por unidad de potencia suministrada)
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43
Tecnologías de generación
TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN
- Centrales térmicas (Central a carbón, Central a petróleo/diesel, Central
que utiliza biomasa, Turbina a gas, Central a Ciclo Combinado)
- Centrales hidráulicas (Centrales con estanques de regulación,
Centrales de pasada)
- Otras centrales (Centrales de bombeo, Centrales nucleares, Generación
eólica, mareomotriz, etc.)
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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22
Tecnologías de generación
Centrales Térmicas
-
Central a carbón
Central a petróleo/diesel
Central que utiliza biomasa
Turbina a gas
Central a Ciclo Combinado
•Centrales Hidráulicas
- Centrales de pasada,
- Centrales con estanques de regulación,
- Generación eólica (Magallanes).
•Otras centrales (No en Chile)
- Centrales de bombeo, nucleares, mareomotriz, etc.
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45
Tecnologías de generación
Centrales Térmicas
Usan el calor para producir electricidad. Calientan una sustancia,
que puede ser agua o gas, los cuales al calentarse salen a
presión y mueven turbinas y entonces el movimiento se
transforma. Como ya hemos visto, para alimentar una central
termoeléctrica se pueden usar muchas fuentes energéticas:
carbón, petróleo, gas natural, energía solar, geotérmica o
nuclear, biomasa. Estas son las utilizadas principalmente en
Chile:
1. Centrales térmicas a vapor. En este caso, se utiliza agua en
un ciclo cerrado (siempre es la misma agua). El agua se calienta
en grandes calderas, usando como combustible el carbón, gas,
biomasa, etc. La turbina se mueve debido a la presión del vapor
de agua, y su energía cinética es transformada en electricidad
por un generador.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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23
Tecnologías de generación
Central Térmica
1. Caldera. En la caldera de una central térmica
se quema el combustible (carbón, fuel-oil o gas)
y así la energía química contenida se transforma
en calor. Esta energía calorífica se utiliza para
transformar el agua en vapor a alta temperatura
y presión (alrededor de 170 bar y 540 ºC). Los
gases generados por la combustión se escapan
de la caldera y antes de ser emitidos a la
atmósfera son tratados por los equipos de
reducción de emisiones.
2. Combustible. El combustible consumido
puede ser sólido (carbón), líquido (fuel-oil o gasoil) o gaseoso (gas natural). Al quemar el
combustible en la caldera, se transforma la
energía química de éste en energía térmica.
3. Turbina de vapor. El vapor producido en la
caldera mueve los álabes haciendo girar la
turbina. De esta forma, la energía contenida en
el vapor se transforma a energía mecánica de
rotación. La turbina está acoplada al alternador.
4. Alternador. Está acoplado a la turbina de
vapor y es movido por ésta. Su función es
convertir la energía mecánica de rotación de la
turbina en energía eléctrica.
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47
Tecnologías de generación
Central Térmica
5. Transformador. El transformador eleva la
tensión de la energía eléctrica generada en el
alternador (normalmente entre 6 y 20 kV)
hasta la tensión de la red de transporte (110,
220 o 500 kV).
6. Red eléctrica. La red eléctrica recibe la
electricidad de las centrales generadoras y la
transporta hasta los puntos de consumo.
7. Condensador. El vapor que ha cedido su
energía a la turbina es dirigido al condensador,
donde pasa de nuevo al estado de agua
líquida antes de incorporarse de nuevo al
ciclo. Para condensar el vapor se utiliza como
foco frío agua de mar, de un río, de un pozo o
bien un circuito cerrado refrigerado por aire
mediante una torre de refrigeración.
8. Bomba. La bomba asegura la circulación
del agua de refrigeración entre el condensador
y la fuente fría.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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24
Tecnologías de generación
Central Térmica
9. Equipo de reducción de emisiones. En las
centrales térmicas, antes de que los gases de
combustión procedentes de la caldera sean
emitidos por la chimenea, son tratados para
captar los elementos contaminantes. Las
centrales
disponen
de
precipitadores
electrostáticos, que captan mediante campos
eléctricos (con rendimientos superiores al 99%)
las partículas de cenizas de los gases de
combustión. Algunas centrales disponen de
plantas de desulfuración de gases. En éstas se
somete a los gases a una especie de “lavado”
para captar el óxido de azufre, que mediante una
reacción química se transforma en yeso.
10. Chimenea. Una vez tratados por los equipos
de reducción de emisiones, los gases de
combustión (en su mayoría CO2) son evacuados
a la atmósfera por la chimenea, de forma que se
asegure una dispersión suficiente.
11. Torre de refrigeración. Su función es enfriar
el agua del circuito de refrigeración. El aire
recorre al interior de la torre en sentido
ascendente, enfriando el agua que cae en
sentido contrario en forma de gotas, como si se
tratara de una ducha.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
49
Tecnologías de generación
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
50
25
Tecnologías de generación
2. Centrales térmicas a gas. En vez de agua, estas centrales
utilizan gas, el cual se calienta utilizando diversos combustibles
(gas, petróleo o diesel). El resultado de esta combustión es que
gases a altas temperaturas movilizan a la turbina, y su energía
cinética es transformada en electricidad.
Ciclo Combinado (n=35%)
• Compresor comprime
desde la atmósfera.
aire
• Quema de combustible en
cámara de combustión.
• Gases se expanden en etapa
de alta presión.
• Generan movimiento de la
turbina y a su vez electricidad
• Gases a la atmósfera.
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51
Tecnologías de generación
Turbina a gas
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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26
Tecnologías de generación
3. Centrales de ciclo combinado. Utilizan dos turbinas, una a gas y otra a vapor.
El gas calentado moviliza a una turbina y luego calienta agua, la que se
transforma en vapor y moviliza, a su vez, a una segunda turbina.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
53
Tecnologías de generación
Ciclo Combinado (n=55%)
• Compresor comprime aire desde
la atmósfera.
• Quema de combustible en
cámara de combustión.
• Gases se expanden en etapa de
alta presión.
• Generan movimiento de la
turbina y a su vez electricidad
• Gases se recuperan y se
reutilizan para generar vapora alta
presión. Generan movimiento de
una nueva turbina y escapan a la
atmósfera.
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27
Tecnologías de generación
Ciclo Combinado
1. ERM. El gas natural llega a la central por el
gasoducto y pasa a través de la Estación de
Regulación y Medida. En ella se eliminan
eventuales impurezas del gas y se mide la
cantidad y calidad (poder calorífico) de gas
que entra a la central. Por otra parte, se regula
la presión de forma que sea adecuada para el
funcionamiento de la turbina a gas (entre los
30 y 45 atm, según el fabricante)
2. Turbina a gas. El compresor de la turbina a
gas aspira aire y lo comprime para inyectarlo
en la cámara de combustión, donde participa
en la combustión de gas natural. Los gases
producidos se encuentran a alta presión (30
bar) y temperatura (1300 ºC) y ceden su
energía a los álabes de la turbina que mueven
a su vez el alternador. Los gases de escape
de la turbina, aunque se encuentran a presión
atmosférica, todavía conservan una elevada
temperatura (650 ºC), y son dirigidos a la
caldera de recuperación para aprovechar su
energía calorífica.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
3. Casa de filtros. El aire es aspirado hacia el
compresor pasa a través de una serie de
baterías de filtros donde es limpiado para
eliminar las partículas que transporta.
55
Tecnologías de generación
Ciclo Combinado
4. Alternador. Está acoplado a la turbina de
gas y es movido por ésta. Su función es
convertir la energía mecánica de rotación de la
turbina en energía eléctrica.
5. Transformador. El transformador eleva la
tensión de la energía eléctrica generada en el
alternador (normalmente entre 6 y 20 kV)
hasta la tensión de la red de transporte (110,
220 o 500 kV).
6. Red eléctrica. La red eléctrica recibe la
electricidad de las centrales generadoras y la
transporta hasta los puntos de consumo.
7. Caldera de recuperación. Los gases de
escape de la turbina transmiten su energía al
agua que recorre haces de tubos situados en
la caldera, transformándola en vapor, que será
dirigido a la turbina de vapor.
8. Turbina de vapor. El vapor producido en la
caldera mueve los álabes haciendo girar la
turbina. De esta forma, la energía contenida
en el vapor se transforma a energía mecánica
de rotación. La turbina está acoplada al
alternador.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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28
Tecnologías de generación
Ciclo Combinado
9. Alternador. Está acoplado a la turbina de
vapor y es movido por ésta. Su función es
convertir la energía mecánica de rotación de la
turbina en energía eléctrica.
10. Condensador. El vapor que ha cedido su
energía a la turbina es dirigido al condensador,
donde pasa de nuevo al estado de agua
líquida antes de incorporarse de nuevo al
ciclo. Para condensar el vapor se utiliza como
foco frío agua de mar, de un río, de un pozo o
bien un circuito cerrado refrigerado por aire
mediante una torre de refrigeración.
11. Bomba. La bomba asegura la circulación
del agua de refrigeración entre el condensador
y la fuente fría.
12. Torre de refrigeración. Su función es
enfriar el agua del circuito de refrigeración. El
aire recorre al interior de la torre en sentido
ascendente, enfriando el agua que cae en
sentido contrario en forma de gotas, como si
se tratara de una ducha.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
57
Tecnologías de generación
Ciclo Combinado LNG
Prácticamente no existe diferencia tecnológica
para la utilización de Gas Natural Licuado para la
generación de energía eléctrica debido que este
es sólo un estado para el transporte y
almacenamiento del mismo.
RESERVAS DE GAS DISPONIBLES
PARA EXPORTACION
VENEZUELA
PERU
BOLIVIA
ARGENTINA
F
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
58
29
Tecnologías de generación
Centrales Hidráulicas
Utilizan la fuerza y velocidad del agua corriente para hacer girar las turbinas.
Las hay de dos tipos: de pasada (que aprovechan la energía cinética natural del
agua corriente de los ríos) y de embalse (el agua se acumula mediante
represas, y luego se libera con mayor presión hacia la central hidroeléctrica).
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
59
Tecnologías de generación
Central Hidráulica de Embalse
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
60
30
Tecnologías de generación
Central Hidráulica de embalse
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
61
Tecnologías de generación
Centrales Hidráulicas (Pasada)
La
función
de
una
central
hidroeléctrica es utilizar la energía
potencial del agua almacenada y
convertirla,
primero
en
energía
mecánica y luego en eléctrica.
Un sistema de captación de agua
provoca un desnivel que origina una
cierta energía potencial acumulada. El
paso del agua por la turbina desarrolla
en la misma un movimiento giratorio
que acciona el alternador y produce la
corriente eléctrica.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
62
31
Tecnologías de generación
Centrales Hidráulicas (Pasada)
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
63
Tecnologías de generación
Centrales Hidráulicas Ventajas/Desventajas
Ventajas:
• No requieren combustible.
• Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.
• Utilización complementaria para riego, protección contra las inundaciones,
suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y
turismo.
• Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.
• Las obras de ingenieria necesarias para aprovechar la energía hidraúlica
tienen una duración considerable.
• La turbina hidraúlica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede
ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo
sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.
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64
32
Tecnologías de generación
Centrales Hidráulicas Ventajas/Desventajas
Desventajas:
• Los costos de capital por kilowatt instalado son con frecuencia muy altos.
• El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar
lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de
transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los
costos de mantenimiento y pérdida de energía.
• La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las
centrales termoeléctricas.
• La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año
en año.
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65
Tecnologías de generación
Centrales Eólicas
Una central eólica es una instalación en donde la energía cinética del viento se
puede transformar en energía mecánica de rotación. Para ello se instala una
torre en cuya parte superior existe un rotor con múltiples palas, orientadas en la
dirección del viento. Las palas o hélices giran alrededor de un eje horizontal que
actúa sobre un generador de electricidad, Aerogeneradores.
El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del generador,
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
66
33
Tecnologías de generación
Centrales Eólicas
El eje de baja velocidad del aerogenerador conecta el buje del rotor al
multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 kW el rotor gira bastante
lentamente, de unas 19 a 30 revoluciones por minuto (r.p.m.). El eje contiene
conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos
aerodinámicos.
El multiplicador tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Permite que el eje
de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápidamente que el
eje de baja velocidad.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
67
Tecnologías de generación
Centrales Eólicas
El sistema hidráulico es utilizado para restaurar los frenos aerodinámicos del
aerogenerador.
El eje de alta velocidad gira aproximadamente a 1.500 revoluciones por
minuto (r.p.m.), lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está
equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. El freno mecánico se
utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores de
mantenimiento de la turbina
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
68
34
Tecnologías de generación
Centrales Eólicas
Mecanismo de orientación es activado por el controlador electrónico, que vigila
la dirección del viento utilizando la veleta. El dibujo muestra la orientación de la
turbina. Normalmente, la turbina sólo se orientará unos pocos grados cada vez,
cuando el viento cambia de dirección.
El generador eléctrico suele llamarse generador asíncrono o de inducción. En
un aerogenerador moderno la potencia máxima suele estar entre 500 y 3000
kilovatios (kW).
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
69
Tecnologías de generación
Centrales Eólicas
El controlador electrónico tiene un ordenador que continuamente monitoriza las
condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En
caso de cualquier disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el
multiplicador o en el generador), automáticamente para el aerogenerador y
llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace
telefónico mediante módem.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
70
35
Tecnologías de generación
Centrales Eólicas
La unidad de refrigeración contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar
el generador eléctrico. Además contiene una unidad de refrigeración del aceite
empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen
generadores enfriados por agua.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
71
Tecnologías de generación
Centrales Eólicas (http://www.windpower.org/es/tour/wtrb/comp/index.htm)
Anemómetro y la veleta se utilizan para medir la velocidad y la dirección del
viento. Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas por el
controlador electrónico del aerogenerador para conectar el aerogenerador
cuando el viento alcanza aproximadamente 5 metros por segundo. El
ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento
excede de 25 metros por segundo, con el fin de proteger a la turbina y sus
alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador
electrónico del aerogenerador para girar al aerogenerador en contra del viento,
utilizando el mecanismo de orientación
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36
Tecnologías de generación
Centrales Geotérmicas
Las centrales geotérmicas generan electricidad a partir de la explotación de
yacimientos geotermales que existen en algunos lugares del planeta. El recurso
primario puede consistir en agua caliente o en vapor a alta temperatura,
acumulados en formaciones geológicas subterráneas a las que se accede
mediante pozos perforados en la corteza terrestre con técnicas similares a las
de las empresas petroleras.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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Tecnologías de generación
Centrales Térmicas Solares
La generación de electricidad a partir de la radiación solar se
puede conseguir mediante dos diferentes esquemas
tecnológicos: la conversión directa por medio de paneles de
celdas fotovoltaicas, y la conversión indirecta, por medio de
ciclos de vapor.
Las celdas fotovoltaicas son dispositivos que aprovechan la
inestabilidad electrónica de elementos como el Silicio, para
provocar, con el aporte de luz solar, una corriente eléctrica
capaz de ser empleada para cargar baterías o acumuladores,
los que a su vez pueden transferir energía a aparatos
eléctricos. Los paneles de celdas fotovoltaicas se emplean en
muchas instalaciones ubicadas en lugares de difícil acceso,
donde no llegan las líneas de los sistemas de transmisión de
las empresas eléctricas, como por ejemplo, faros,
observatorios, etc.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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37
Tecnologías de generación
Centrales Térmicas Solares
Uno de los complejos de energía solar de luz internacional, en el desierto
Mojave,California.
En total, las instalaciones cubren más de 750 hectáreas y generan 354 MW de
electricidad, lo que es suficiente para abastecer 170.000 hogares.
Los espejos curvos siguen la trayectoria del sol, concentrando su luz en unos
tubos que contienen un aceite sintético que se calienta hasta casi 400 ºC.
El calor se usa para producir vapor, que genera electricidad a través una turbina
acoplada a un generador.
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Tecnologías de generación
Centrales Nucleares
Una central eléctrica nuclear, es una instalación en donde la energía mecánica
que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto, obtener la energía
eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en un reactor
nuclear
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38
Tecnologías de generación
Central Mareomotriz
La energía mareomotriz es la energía asociada a las mareas provocadas por la
atracción gravitatoria del Sol y principalmente de la Luna.
Las mareas se aprecian como una variación del nivel del mar, que ocurre cada
12h 30 minutos y puede suponer una diferencia del nivel desde unos 2 metros
hasta unos 15 metros, según la diferencia de la topografía costera.
La técnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca y, en
su camino, accionar las turbinas de una central eléctrica. Cuando las aguas se
retiran, también generan electricidad, usando un generador de turbina reversible.
U1 - Tecnologías y Sistemas Eléctricos
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Tecnologías y Sistemas Eléctricos
Direcciones Internet
•
Conceptos. http://www.el prisma.cl
•
Centrales Eléctricas. http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/paginaprincipal.html
•
Centrales Eólicas. http://www.windpower.org/es/tour/wres/index.htm
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