Ing. Fabio Villegas Guti茅rrez
San Jer贸nimo, agosto de 2012
La variación del IDH (Índice de Desarrollo Humano) con respecto al consumo de energía en kg equivalente de petróleo por habitante-año.
Variación del consumo de energía entre varios países.
Consumo de energía per cápita 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Canada EE.UU España México China Nicaragua India África Etiopía Haití Senegal
Kgep/hab. 2007 Media mundial Kgep/hab. Consumo preindustrial Kgep/hab.
9000
La mayor parte de la energía consumida en el mundo en este momento es producida por fuentes no renovables. Solamente el 18,7 % es producida por fuentes renovables o energía nuclear (2008). Para 2035 se espera que al menos este porcentaje suba al 20,5 %.
Prospectiva de energía primaria mundial Energías renovables
Nuclear
Gas natural
Petróleo
Carbón
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 20.183 TWh
38.423 TWh
35.336 TWh
31.981 TWh
2008
2035 (PA)
2035 (NP)
2035 (450 ppm)
600
Geotérmica
700
Fotovoltaica a-Si (Silicio Amorfo)
Fotovoltaica mcSi (Silicio Monocristalino)
Eólica offshore (Dinamarca)
Eólica terrestre (Alemania)
Eólica terrestre (CH)
Gas Natural de sustitución Cogenerción
Biogas Cogeneración
Central Hidroeléctrica con embalse
Central Hidroeléctrica fluyentes
Gas Natural COFC (Celdas de combustible de óxido sólido)
Gas Natural (Cogeneración)
Gas Natural (Ciclo Combinado)
1000
Carbón (Alemania)
Nuclear
Las emisiones de CO2 producidas por las centrales hidroeléctricas, tanto fluyentes como con embalse, son mínimas. Al respecto vale la pena observar los datos en el gráfico adjunto. Emisiones de CO2 por kWh evaluado con el análisis de ciclo de vida
900
800
2005
2030
500
400
300
200
100
0
Colombia es un país privilegiado en cuanto a las posibilidades de producción de energía hidroeléctrica. Actualmente la mayor parte de la producción de energía en el país es hidroeléctrica. Región/País
Térmica
Hidro
Nuclear
Otras
Total
Argentina
61%
35%
4%
0%
28.231
Bolivia
67%
32%
0%
0%
1.421
Brazil
15%
76%
2%
7%
90.733
Chile
60%
40%
0%
0%
10.738
Colombia
33%
67%
0%
1%
13.399
Ecuador
48%
52%
0%
0%
3.301
Peru
49%
51%
0%
0%
6.016
Venezuela
37%
63%
0%
0%
22.124
57.002 120.346
3.025
6.016
186.389
3%
100%
Total Sur América
31%
65%
2%
Fuente: ACOLGEN
Las centrales hidroeléctricas pueden ser de dos tipos, a filo de agua o con embalse. • Las centrales a filo de agua pueden procesar el agua que pasa en un momento dado por un río, sin regular el caudal. • En las centrales con embalse puede regularse en mayor o menor grado el caudal del río.
Central Hidroeléctrica Montañitas
Central Hidroeléctrica Porce II
• Las centrales con embalse son ventajosas por cuanto proporcionan una mayor energía firme en la mayor parte del tiempo, mientras que en las de filo de agua solo puede garantizarse la producción de energía correspondiente al caudal de verano del río. • Las centrales con embalse son difíciles de desarrollar porque cada día escasean los sitios donde puedan desarrollarse sin causar perjuicios significativos a las comunidades que habitan en el área y a la infraestructura. Pueden construirse si resulta económico atender estos costos de desarrollo. • En general, los perjuicios de tipo ambiental no son significativos y por otra parte, pueden ser favorables.
• En el país hay centrales desde más de 1.000 MW (como San Carlos) hasta centrales pequeñas de menos de 100 MW y mini centrales de menos de 20 MW, incluso hasta 0,2 ó 0,3 MW. • A pesar de no contar con embalses grandes, se pueden construir centrales ventajosamente, en ríos que sean de caudales relativamente regulados. En el país hay posibilidad de construir muchas centrales de filo de agua y mini centrales en forma económica si se compara con otros países. • Por otra parte, las centrales hidroeléctricas tienen la ventaja de poder atender los picos del consumo de energía más rápido y más eficientemente que los demás tipos. Esto se debe a que una central hidroeléctrica puede tomar la nueva carga eléctrica casi instantáneamente.
Las centrales de filo de agua normalmente se componen de: • Una pequeña presa o azud para desviar el flujo. • Una bocatoma y desarenador. • Una conducción de baja presión y mínima pendiente. • Un tanque de presión o una almenara. • Una conducción de alta presión. • Una casa de máquinas. • Un canal de descarga al río.
• El conducto de baja presión puede ser un canal o túnel a flujo libre o un conducto o túnel operando a presión. • Entre nosotros es cada vez más general el uso de túneles debido a las condiciones geotécnicas difíciles en muchos cañones de ríos y a las dificultades topográficas. Además los túneles dejan menos residuos de excavación.
Esquema de una central a filo de agua.
Central con conducciones en tĂşnel.
Planta tĂpica de un azud, toma y desarenador.
Secciones t铆picas de canales de conducci贸n de diferentes tipos.
Secciones típicas de túneles de conducción.
Central HidroelĂŠctrica Agua Fresca
Central HidroelĂŠctrica La Tasajera
• Los equipos más importantes en las centrales son las turbinas, los generadores, los transformadores de potencia, los equipos de control y la subestación. • Las turbinas más utilizadas entre nosotros son las Pelton y las Francis. Las turbinas Francis se usan para caídas más bajas, hasta unos 300 m, aunque hoy en día se ha extendido la utilización de las turbinas Francis hasta más de 500 m.
Las turbinas Pelton tienen ventajas por que permiten pasar un rango amplio de caudales con eficiencias altas y por la facilidad de reparación o mantenimiento con ríos cargados de sedimento.
Las turbinas Francis tienen ventajas por su mayor eficiencia hidráulica y menor tamaño. Son desventajosas en ríos con altas cargas de sedimentos o de caudal muy variable.
Detalles de las compuertas utilizadas en desarrollos hidroelĂŠctricos
Detalle de una turbina tipo Francis
• Los embalses se pueden utilizar para otros propósitos como, control de inundaciones, suministro de agua para consumo humano o industrial, suministro de agua para irrigación, recreación, comunicación en sitios de difícil topografía y sedimentación. • Regalías que han permitido la reforestación, conservación de suelos, saneamiento y mejora del estándar de vida de poblaciones. • Infraestructura que queda después de la construcción de la central y que sirve a otros fines y poblaciones. • Desarrollos de pesca artesanal, económica y recreacional.