Microcentrales hidroeléctricas

CONTENIDO

Capítulo 1

DESARROLLO DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA UTILIZANDO SUS RECURSOS HIDROENERGÉTICOS EN PEQUEÑA ESCALA  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Generalidades  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

La importancia de la generación hidroeléctrica en el desarrollo  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Principio de funcionamiento de un sistema de generación hidroenergético  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Energía hidráulica  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Tipos de aprovechamientos hidroenergéticos  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  23

Capítulo 2

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN PEQUEÑA ESCALA A PARTIR DE MÁQUINAS REVERSIBLES  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  27

Importancia de las máquinas reversibles  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Aplicación de las máquinas reversibles para generación de energía eléctrica en condiciones aisladas  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Capítulo 3

MÁQUINAS HIDRÁULICAS ROTATIVAS REVERSIBLES  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Conversión de energía en máquinas hidráulicas rotativas  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Principio de reversibilidad de las máquinas hidráulicas rotativas  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Bomba en modo turbina  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Métodos para seleccionar una bomba centrífuga para operar como turbina  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Métodos a partir de las características hidráulicas en el modo bomba  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Métodos a partir de la velocidad específica en el modo bomba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Métodos a partir de las condiciones del sitio  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Selección de una bomba para operar como turbina en las condiciones del laboratorio según los métodos anteriores  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Potencia de una bomba como turbina  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  50

Dimensionamiento del rodete cerrado de una bomba centrífuga  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Dimensiones de los rodetes para operar como turbina en las condiciones del laboratorio, según la metodología anterior  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Potencia de una bomba como turbina siguiendo la metodología propuesta en la página 54, ajustados al dimensionamiento del rodete de la página 59 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Pruebas de laboratorio para caracterizar el funcionamiento de la bomba operando como turbina  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Aplicación de la metodología propuesta en la página 60, en función de la capacidad del laboratorio de PCH  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  68

Resultados de las pruebas en el laboratorio y del modelamiento siguiendo la metodología propuesta en las páginas 60, 66 y 68  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Análisis teórico-práctico de la bomba funcionando como turbina  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  80

Capítulo 4

GENERADOR ASÍNCRONO  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  85

Autoexcitación del generador asíncrono  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

Métodos para determinar el condensador de autoexcitación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Métodos directos  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  90

Métodos analíticos  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  91

Validación de los métodos para determinar el condensador de autoexcitación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  97

Pruebas y circuito equivalente  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Resultados de los métodos para determinar el condensador de autoexcitación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Análisis del generador asíncrono autoexcitado según los resultados obtenidos en el proceso de validación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Regulación de tensión del generador asíncrono  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

El generador asíncrono autoexcitado y autorregulado  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Configuraciones del generador asíncrono autoexcitado y autorregulado  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Análisis teórico de la autorregulación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Validación de los métodos para determinar el condensador de autoexcitación y autorregulación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Generador asíncrono autoexcitado y autorregulado con configuración short-shunt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Generador asíncrono autoexcitado y autorregulado con configuración long-shunt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Generador asíncrono autoexcitado y autorregulado con configuración mixta (short long-shunt)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Resultados de los métodos para determinar el condensador de autorregulación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  126

Análisis del generador asíncrono autoexcitado y autorregulado según los resultados obtenidos en el proceso de validación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

Generador asíncrono autorregulado implementando transformadores de corriente (TI)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Aplicación del transformador de corriente TI en un generador asíncronoautoexcitado y autorregulado  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Análisis del generador asíncrono autoexcitado y autorregulado con TI  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

Análisis del generador “asíncrono autoexcitado” y del generador “asíncrono autoexcitado y autorregulado” según los resultados obtenidos en el proceso de validación  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Capítulo 5

ESTRUCTURACIÓN DE LOS COSTOS EN MINI GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  147

Introducción  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  148

Generación de energía eléctrica a nivel de Mini CHE´s  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Costos de una Mini CHE´s  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Costo preoperativo de la generación eléctrica con Mini CHE  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

Costo operativo de la generación eléctrica con Mini CHE  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Evaluación económica  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

Viabilidad financiera de las Mini CHE en las ZNI  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163