CENTRAL HIDROELCTRICA SANTA TERESAY SISTEMA DE EVALUACIN DE ENERGA

ELECTRO SUR ESTEPLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS

Pg. 13ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD DE LA PEQUEA CENTRAL HIDROELCTRICA DE VILCABAMBA SEGN NORMAS SNIP

INFORME FINAL

ANEXO 4PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVASINDICE

Pg. N

31.0 PLANTEMIENTO DE ALTERNATIVAS

1.1 Generalidades3Alternativa N 1 (Alternativa Baja):3Alternativa N 2: (Alternativa Alta)31.2 Anlisis de las Alternativas41.3 Determinacin del tamao optimo8ALTERNATIVA BAJA81.4 Montos de Inversin101.5 Produccin de Energa111.6Comparacin de las Alternativas111.7 Anlisis de los Resultados13

1.0 PLANTEMIENTO DE ALTERNATIVAS

1.1 GeneralidadesPara la determinacin de la mejor alternativa desde el punto de vista operacional de la central se han analizado dos alternativas definidas por la ubicacin de las estructuras que conforman cada alternativa.Las bocatomas, desarenador, conduccin, cmara de carga/chimenea de equilibrio tienen diferentes ubicaciones para cada alternativa.

Ambas alternativas planteadas tienen en comn que la ubicacin de la casa de maquinas, es decir sobre la margen derecha del ro Vilcabamba y en la misma cota.

El caudal de diseo preliminar de estas dos alternativas se han evaluado para un caudal de diseo de 8.0 m3/s.

Alternativa N 1 (Alternativa Baja): Las estructuras de la central en esta alternativa se encuentran en la margen derecha del ro Vilcabamba, alternativa que esta constituido por las siguientes estructuras:

Bocatoma

Canal de conduccin Bocatoma-Desarenador

Desarenador

Canal de conduccin desarenador-cmara de carga

Cmara de carga

Tubera Forzada

Casa de Maquinas

SubestacinEn el Plano N OC-01 se muestra la disposicin de las estructuras antes mencionadas.

Alternativa N 2: (Alternativa Alta)Las estructuras de la central en esta alternativa se encuentran en la margen derecha del ro Vilcabamba, alternativa que esta constituido por las siguientes estructuras:

Bocatoma

Canal de conduccin Bocatoma-Desarenador

Desarenador

Tnel de Conduccin Chimenea de Equilibrio Tubera Forzada

Casa de Maquinas

SubestacinEn el Plano N OC-01 se muestra el detalle de las estructuras antes mencionadas.

1.2 Anlisis de las Alternativas

Del resultado del anlisis desde el punto de vista tcnico y econmico se puede comentar lo siguiente:a) La Alternativa 1 (Alternativa baja), un aspecto favorable es la disposicin de las vas de acceso que estn cerca de las obras dispuestas, la carretera de acceso existente pasa por la margen izquierda del ro Vilcabamba, y como es el caso las estructuras se encuentran en la margen derecha, por lo que es necesario la construccin de puentes de acceso para el caso de la bocatoma y la casa de maquinas de la central.b) Otro aspecto favorable son las condiciones topogrficas del rea de proyecto que han permitido que la casa de maquinas se hayan ubicado en superficie, que tambin contribuye a reducir los costos de las obras.c) Un aspecto a tomar en cuenta es la disponibilidad hdrica en le ro Vilcabamba, cuyo caudal promedio multianual generado es de 8.83 m3/s y el caudal al 95% de persistencia es de 2.24 m3/s, lo que hace que la cuenca tenga las caractersticas tpicas de una cuenca de los andes.d) Un aspecto inconveniente para la central Vilcabamba, son las condiciones topogrficas que solo permiten un aprovechamiento de altura bruta de 65.40 m de altura. La bocatoma en esta alternativa se encuentra en la cota 2571.50 msnm. Esta ubicacin de toma obedece a que el cauce del ro aguas arriba de esta ubicacin tiende a una pendiente baja moderada, razn por la que no fue conveniente su ubicacin mas aguas arriba.e) Otro aspecto inconveniente en esta alternativa es que el canal de conduccin en la progresiva 0+650 a 0+850, el trazo del canal se desarrolla sobre afloramientos de roca de tipo intrusivo, con talud de 75 a 80, granodioritas en condiciones de estabilidad moderada, alterado en superficie, moderadamente fracturadas a fracturadas, medianamente alteradas, de regular dureza y adems corta depsitos de tipo aluvial y coluvial, los cuales estn en condiciones semiestables por la presencia de los depsitos coluviales en taludes de 40 a 45, requiriendo este tramo tomar en cuenta las excavaciones necesarias debido a la pendiente del terreno y las condiciones geolgica local.

f) Se ha tenido cuidado en la ubicacin adecuada de la cmara de carga, la misma que se encuentra sobre rocas intrusiva, los cuales estn en condiciones estables. El inconveniente en este caso es que no se dispone de una quebrada natural que sirva para descargar los caudales salientes del vertedero de la cmara de carga, requirindose para este caso la disposicin de un canal en rpida con una poza disipadora al pie del talud para finalmente devolver las aguas al ro Vilcabamba.

g) Finalmente los costos estimados de esta alternativa incluyendo los impuestos, gastos generales y utilidades ascienden a la suma de USD 19288,984, en el siguiente cuadro se muestra el resumen de costos de los componentes e las obras. En el anexo respectivo se muestran los detalles de metrados y costos unitarios asumidos.

h) La Alternativa 2, en su mayor parte, es un sistema a presin a comparacin con la alternativa 1 en el que la mayor parte es a pelo libre.i) Otro aspecto favorable son las condiciones topogrficas del rea de proyecto que permite que la casa de maquinas se hayan ubicado en superficie, que tambin contribuye a reducir los costos de las obras, siendo el mismo lugar de la casa de maquinas de la alternativa 1.j) Finalmente, la bocatoma de la alternativa 2 se encuentra a 1.4 km con respecto a la ubicacin de la bocatoma de la alternativa 1. Por tanto, hidrolgicamente se puede decir que el rendimiento hdrico para ambas tomas es el mismo. Por tanto se puede decir anlogamente al caso anterior que la disponibilidad hdrica en el ro Vilcabamba es de 8.83 m3/s como caudal promedio multianual y el caudal al 95% de persistencia es de 2.24 m3/s, lo que hace que la cuenca tenga las caractersticas tpicas de una cuenca de los andes.

k) Un aspecto inconveniente para esta alternativa, de manera anloga a la alternativa 1, son las condiciones topogrficas que solo permiten un aprovechamiento de altura bruta de 102.74 m de altura, es decir se gana una altura de 38 m con respecto a la alternativa 1. Se ha descartado la ubicacin aguas arriba de la toma en razn de que las condiciones geolgicas aguas arriba de esta toma son desfavorables. Aguas arriba de la captacin Vilcabamba, se tiene el pueblo Lucma, situado en depsitos aluviales antiguos, el portal de ingreso no se pudo ubicar tanto en el rea poblada ypor el cambio litolgico, ya que el cambio ocurre por la falla regional Lucma, que corre E-W, ponindonos en contacto con rocas sedimentariasdel grupo Mitu (constituidas por areniscas y lutitas rojas, de baja dureza,fracturadas, meteorizadas), Grupo San Jos (constituido por esquistos, fracturados y meteorizados) y rocas de la formacin Quillabamba (constituido por pizarras, esquistos y cuarcitas, altamente fracturadas y meteorizadas) todas estas unidades se encuentran fracturadas debido a una confluencia de fallas locales y regionales, siendo un rea estructuralmente mala para el diseo de cualquier estructura.

l) Otro aspecto favorable de la alternativa 2 es que la carretera de acceso pasa por la margen derecha del ro Vilcabamba, ya no requirindose de la construccin de un puente para acceder a las obras de cabecera de la central.m) Un aspecto favorable es que el tnel de aduccin de 2.0 km de longitud atraviesa en su mayor parte roca intrusiva con calidad de rocas de regular a buena. Geolgicamente este tramo se describe como afloramientos de roca de tipo intrusivo, granodioritas en condiciones de estabilidad moderada, alterado en superficie, moderadamente fracturadas a fracturadas, medianamente alteradas. Exceptundose en un corto tramo del tnel atraviesa roca de tipo, compuesto por esquistos verdes y grises de mediana dureza, fracturadas, ligeramente meteorizado a meteorizado, con un RQD estimado en 40 a 60%,los cualesnos daran rocas de tipo IIIa IV.

n) Finalmente, los costos estimados de esta alternativa incluyendo los impuestos, gastos generales y utilidades ascienden a la suma de USD 30087,564.61, en el siguiente cuadro se muestra el resumen de costos de los componentes e las obras. En el anexo respectivo se muestran los detalles de metrados y costos unitarios asumidos.

De estas consideraciones analizadas es que se ha tomado como mejor alternativa la Alternativa N 1, debido a las consideraciones y sealado en los puntos a), b) y g).1.3 Determinacin del tamao optimo

En este captulo se evala alternativas del tamao de la Central Hidroelctrica VILCABAMBA, sobre la alternativa seleccionada, en este caso la Alternativa N 1 emplazada en la margen izquierda del ro Velille, se analizara para una serie de caudales de diseo de 6, 8, 10 y 12 m3/s con el objeto de que en funcin de los costos y beneficios de cada alternativa se determine el tamao optimo de la central, de tal manera de encontrar la mejor alternativa desde el punto de vista econmico y tcnico.

Las caractersticas de cada alternativa las resumimos en la siguiente tabla.

ALTERNATIVA BAJA

ALTERNATIVA B (Baja)

Caudal de diseom3/S681012

cota del rio en tomamsnm2571.52571.52571.52571.5

nivel de agua en toma msnm2574.002574.002574.002574.00

nivel de agua en inicio canalmsnm2572.82572.82572.82572.8

longitud de canalm1052105210521052

pendiente del canals0.0010.0010.0010.001

perdida de carga en conduccionm1.0521.0521.0521.052

nivel de agua en camara de cargaNAMOmsnm2571.7482571.7482571.7482571.748

Diametro e tuberia de presionm1.401.601.751.90

longitud de tuberiam110110110110

perdida de carga en tuberiam1.2651.2651.2651.265

cota del rio en casa de maquinasmsnm2499249924992499

nivel de avenidas maximas aproxmsnm2504250425042504

cota cresta vertedero de descargamsnm2505250525052505

altura de energia criticam1.221.351.501.56

nivel de agua en salida turbinasmsnm2506.222506.352506.502506.56

altura bruta de caidam65.5265.4065.2565.18

altura neta de caidaHom64.2664.1463.9963.92

tipo de turbinasFRANCISFRANCISFRANCISFRANCIS

numero de unidadesN2222

potencia instaladaPiMw3.3164.4135.5036.596

factor de plantafp0.4390.390.3350.294

Energia media anual generadaGwh12.7615.0916.1617.00

Turbina y generador

Potencia de diseo de c/turbinaPt,okw1657.892206.262751.373298.24

velocidad especifica teoricans257.26257.57257.95258.11

velocidad sincronica de rotacionn'1149.51995.26889.93812.29

n teorico de pares de polosp'3.133.624.054.43

n real de pares de polosp4.004.005.005.00

veolc. sincronica de rotacion realnrpm900900720720

vel. Especifica realns201.4232.9208.7228.8

diametro del rodeteDtm0.6100.6680.7780.824

factor de potencia0.90.90.90.9

Potencia de diseo del generadorPg,okw1657.892206.262751.373298.24

Potencia de diseo del generadorP'g,oMVA1.842.453.063.66

diametro del rotor del generadorDgm1.541.541.781.78

Casa de Maquinas

anchoBm9.549.549.789.78

longitudLm19.07219.07219.5612919.56129

Altura totalHm19.07219.07219.5612919.56129

longitud area de montajeL'm11.4411.4411.7411.74

altura toral area de montajeH'm15.2615.2615.6515.65

caudal de diseoQ681012

longitud de tuberaLm110110110110

dimetroDmm1400160017501900

Altura esttica mximaHe65.465.465.465.4

presin mxima ponderadaHp71.9471.9471.9471.94

presin mxima ponderadaPi7.1947.1947.1947.194

acero ASTM A52 (DIN ST 52)

Esfuer4zo admisible ykg/cm23416341634163416

esfuerzo de trabajo (0.55 y)fkg/cm21878.81878.81878.81878.8

eficiencia de juntaKf0.90.90.90.9

sobre espesor p corrosine'mm1111

espesor terico de la tuberaemm3.9784.4044.7235.042

espesor asumidoemm5556

peso especifico del acerowk/m37850785078507850

peso de la tuberaWTon19.0621.7723.8031.02

1.4 Montos de Inversin

Los costos de inversin de las alternativas se cuantificaron mediante metrados preliminares y precios unitarios elaborados para el caso. Los presupuestos se presentan en la siguiente tabla:

1.5 Produccin de Energa

La produccin de energa de cada alternativa se estim utilizando las series hidrolgicas presentadas en el captulo correspondiente a hidrologa.

En las simulaciones de cada alternativa se consider las prdidas de carga asociadas a cada caudal mensual (en punta y fuera de punta). Los resultados tienen en cuenta la produccin en horas punta y fuera de punta para los periodos de avenidas y estiaje, que vienen a ser los periodos representativos de los costos marginales en el sistema.

La potencia firme se calcula de acuerdo al procedimiento 26 del COES, que toma en cuenta la potencia media que se puede entregar en las horas punta de los 6 meses de estiaje a una persistencia del 95%.

La potencia instalada de cada caso se muestra en la siguiente tabla:

CaudalPotenciaEnergaFactor

Alternativade DiseoAltura NetaInstaladaProducidade Planta

(m/s)( m )(MW)(GWh)

1.1664.263.323.240.73

1.2864.134.414.310.65

1.31063.985.505.370.59

1.41263.926.606.440.53

1.6Comparacin de las Alternativas

Se comparan las alternativas aplicando los costos de de energia en USD/MWh que finalmente define los ingresos por venta de energia.

En los anlisis se considera los ingresos de cada alternativa, as como los gastos que se estima en mantenimiento y operacin (0.001 US$/kWh), seguros (0.005 US$/kW) y pagos a organismos reguladores (1.5% de la ventas).

Otro aspecto que se tiene en cuenta son los impuestos a la renta, los que se consideran luego de aplicar el efecto de la depreciacin.

En los anlisis se tiene en cuenta la produccin de energa y la potencia firme mostradas en el punto anterior.

Se ha incluido en el anlisis los costos del sistema de transmisin que requiere cada alternativa.Los cuadros que resumen los indicadores econmicos por alternativa son los que ha continuacin se muestran: Precio de EnergaAlternativaCaudal Turbinado (m3/s)VAN TIRB/C

US$/MWhUSD(%)

1.16.0 -4,168,9747.32%0.72

1.28.0 -4,115,8147.90%0.76

701.310.0 -4,512,9938.01%0.76

1.412.0 -5,241,2457.76%0.76

Precio de EnergaAlternativaCaudal Turbinado (m3/s)VAN TIRB/C

US$/MWhUSD(%)

1.16.0 -3,201,0818.47%0.79

1.28.0 -2,977,0119.08%0.83

801.310.0 -3,226,8259.19%0.83

1.412.0 -3,878,2978.92%0.83

Precio de EnergaAlternativaCaudal Turbinado (m3/s)VAN TIRB/C

US$/MWhUSD(%)

1.16.0 -1,265,29610.65%0.92

1.28.0 -699,40311.33%0.96

1001.310.0 -654,49111.45%0.97

1.412.0 -1,152,40111.11%0.97

Precio de EnergaAlternativaCaudal Turbinado (m3/s)VAN TIRB/C

US$/MWhUSD(%)

1.16.0 -684,56011.27%0.96

1.28.0 -16,12111.98%1.00

1061.310.0 117,210 12.10%1.01

1.412.0 -334,63211.74%1.01

Precio de EnergaAlternativaCaudal Turbinado (m3/s)VAN TIRB/C

US$/MWhUSD(%)

1.16.0 -297,40311.69%0.98

1.28.0 439,401 12.41%1.02

1101.310.0 631,677 12.53%1.03

1.412.0 210,547 12.16%1.03

PRECIO ENERGIAAlternativaCaudal Turbinado (m3/s)VAN TIRB/C

US$/MWhUSD(%)

1.16.0 670,489 12.70%1.04

1.28.0 1,578,205 13.47%1.08

1201.310.0 1,917,844 13.58%1.09

1.412.0 1,573,495 13.19%1.09

1.7 Anlisis de los Resultados

Los resultados son claros en mostrar que la Alternativa 1.3 es la que presenta mejores retornos econmicos.

De acuerdo a los resultados de los indicadores econmicos, como es el TIR, se observa que la rentabilidad de la central se inicia con un precio de energa de 106 USD/MWh.

Los ndices de las alternativa 1.1, 1.2, 1.4, y 1.5 resultan claramente inferiores, debido a que:

-Porque sus menores potencias instaladas hace de que no se genere en la magnitud necesaria que sea lo suficiente como para poder generar los suficientes beneficios como para recuperar los costos de inversin en obras civiles, electromecnicas y lnea de transmisin.

-Porque sus mayores potencias instaladas llevan a la necesidad que asuman un alto costo en obras civiles, electromecnicas y lnea de transmisin. Adems estn asociadas a turbinas tipo Francis que demandan inversiones iniciales ms altas.En los prximos captulos se diseara a detalle las obras que involucra esta alternativa.

HYDROEVAL Ingenieros Consultores S.R.L.