!!“Centrales!Hidroeléctricas!Reversibles!en!

Uruguay”!!

!Acad.!Ing.!Oscar!FERREÑO!!

V!Jornadas!Internacionales!de!Energía!Eólica.!!

La!historia!del!!sistema!eléctrico!uruguayo!está!!unida!a!la!historia!de!la!!UTE,!por!lo!que!!Lene!más!de!100!años.!Ha!tenido!!un!crecimiento!casi!constante!en!cuanto!a!la!energía!que!comercializa,!del!orden!del!!3!!al!3.5!%!anual,!que!es!como!duplicar!!la!energía!demandada!cada!20!o!25!años.!Si!dividimos!estos!100!años!en!tercios,!tendremos!un!!primer!tercio!!(hasta!1945)!!caracterizado!por!!sistema!para!el!!!área!metropolitana!alimentado!a!carbón!y!sistemas!aislados!abastecidos!con!equipos!!diesel.!Un!segundo!tercio!(hasta!1982)!donde!se!produjo!el!gran!desarrollo!!hidroeléctrico!de!Uruguay!y!la!interconexión!progresiva!de!los!sistemas!eléctricos.!!Las!cuatro!presas!hidroeléctricas!creadas!en!ese!período!!producen!!anualmente!!entre!3.500!!y!!9.500!GWh,!con!valores!medios!de!6.500!GWh.!!Por!este!!moLvo!con!!cada!nueva!presa!se!instalaba!una!!central!térmica!de!respaldo!,!!!alimentada!ahora!!con!!derivados!de!petróleo.!

Breve%Reseña%Histórica%(1)%

2!

Al!final!de!este!segundo!tercio!(1982)!la!producción!hidroeléctrica!!media!!!duplicaba!la!demanda.!!!El!tercer!tercio!(desde!1982!hasta!hoy)!se!caracterizó!por!el!!agotamiento!de!!nuevos!recursos!hidroeléctricos,!la!!necesidad!de!recurrir!cada!vez!más!al!respaldo!térmico!y!por!la!!gran!interconexión!bsica!con!ArgenLna.!!Las!reformas!!del!mercado!de!energía!de!ArgenLna!de!los!años!!90!!llevaron!a!un!!precio!extremadamente!bajo!de!la!energía!en!ese!país!lo!que!implicó!!en!!forma!no!!decidida,!!que!el!nuevo!respaldo!térmico!estuviese!en!ese!país,!como!!consecuencia!!no!hubo!inversiones!en!Generación!en!Uruguay!durante!15!!años.!!!!Al!mediar!este!tercio!la!demanda!absorbió!a!la!producción!hidroeléctrica!!y!!parecía!que!Uruguay!estaba!condenado!a!ser!un!país!cada!vez!más!térmico.!

Breve%Reseña%Histórica%(2)%

3!

Energía%entregada%al%SIN%

Evolución%de%la%demanda%Uruguaya%

4!

Año 1983 3.550 GWh

Año 2000 7.833 GWh

Año 2020 13.132 GWh

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

En

erg

ía (

GW

h)

Desarrollo%de%la%Energía%Eólica%

En!los!úlLmos!años!se!ve!a!nivel!mundial!un!gran!desarrollo!de!la!generación!eólica.!!El!principal!inconveniente!que!se!presentaba!era!como!!lidiar!con!la!naturaleza!turbulenta!!e!intermitente!del!viento.!!Esto!limitaba!los!equipos!!y!limitaba!la!canLdad!de!energía!eólica!inyectable!a!la!red.!!El!gran!cambio!se!dio!con!el!control!de!potencia!por!velocidad!y!paso!variable,!tecnología!desarrollada!en!los!90!pero!impuesta!comercialmente!en!el!2005.!!Caracoles!y!KenLlux,!son!ejemplos!del!desarrollo!verLginoso!aún!en!años!recientes.!!Sin!embargo,!aún!persisten!paradigmas:!

!•  Costos!elevados!cuando!se!las!compara!con!!la!energía!convencional.!•  Gran!dificultad!para!introducir!!energía!eólica!en!la!matriz!!debido!a!la!dificultad!!!!!!!!!para!gesLonar!esta!fuente.!!!

5!

Potencial%Eólico%del%Uruguay%%

6!

En!razón!de!las!caracterísLcas!geográficas!de!Uruguay,!con!abundantes!llanuras!y!escasos!obstáculos,!tenemos!que!a!100!metros!sobre!el!suelo!el!viento!es!prácLcamente!igual!y!cercano!a!los!8!m/s!en!todo!el!territorio!de!Uruguay!!Un!aerogenerador!!con!la!tecnología!actual!que!permite!alturas!de!buje!!en!el!entorno!de!los!100!m!!puede!producir!al!40!%!de!su!potencia.!!En!los!disLntos!parques!que!hemos!estudiado!o!desarrollado!observamos!una!relación!de!1!MW!cada!30!hectáreas.!!Se!puede!decir!que!el!potencial!eólico!de!Uruguay!es!de!varios!miles!de!MW.!!PrácLcamente!todo!el!territorio!nacional!es!apto!para!la!instalación!de!molinos!modernos!con!factor!de!uLlización!del!40!%!y!a!razón!de!1!MW!cada!30!hectáreas.!

Potencial%Eólico%del%Uruguay%%

7!

En!el!1!%!del!territorio!(los!embalses!de!las!presas!o!la!superficie!de!plantaciones!de!arroz!que!son!unas!!200.000!!hectáreas)!se!pueden!instalar!6.000!MW.!!En!la!superficie!de!las!plantaciones!de!soja!(!900.000!!!!hectáreas)!se!pueden!instalar!30.000!MW.!!En!la!superficie!desLnada!a!la!ganadería!!(!16:000.000!!!!hectáreas)!se!pueden!instalar!!530.000!MW.!!1!MW!produce!la!energía!que!consumen!1.200!uruguayos!!!El!crecimiento!histórico!de!la!matriz!eléctrica!uruguaya!corresponden!a!100!MW!eólicos!por!año.!!El!problema!de!la!eólica!es!la!no!gesLón!del!recurso!viento!por!lo!que!Lene!que!ser!complementada!por!otras!fuentes.!Lo!que!lleva!al!otro!paradigma,!sin!embargo,!la!generación!con!carbón!o!nuclear!tampoco!es!gesLonable.!

CompaEbilidad%entre%la%Energía%Eólica%%y%la%Energía%

Hidroeléctrica%%

•  Los! fenómenos! hidrológicos! Lenen! una! frecuencia! baja! en! comparación!con!los!fenómenos!eólicos.!

•  Para! establecer! la! magnitud! del! recurso! de! un! sistema! hidrológico! que!alimenta! centrales! hidroeléctricas! las! normas! recomiendan! realizar!medidas! a! lo! largo! de! al! menos! treinta! años.! Esto! es! debido! a! que! los!fenómenos! como! crecientes! y! sequias! pueden! tener! duraciones! que! a!veces!superan!meses!o!incluso!años.!

•  Esto! hace! que! las! Centrales! Hidroeléctricas! no! sean! confiables! en! el!mediano!y!largo!plazo!y!que!la!potencia!firme!que!en!algunos!sistemas!se!define!como!aquella!que!Lene!probabilidad!de!ser!superada!en!el!95%!de!los!casos,!sea!una!pequeña!fracción!de!la!producción!media.!

•  Por! el! contrario,! la! presencia! de! diques! para! formar! el! salto! hidráulico!establece! embalses! que! actúan! como! “tanques! de! combusLble”! o!“tuberías!de!gas”!que!brindan!confiabilidad!en!el!corto!y!mediano!plazo,!desde!horas!hasta!meses!en!algunos!casos.!

8!

CompaEbilidad%entre%la%Energía%Eólica%y%la%%Energía%

Hidroeléctrica%%%

•  Los!fenómenos!eólicos!Lenen!una!frecuencia!alta!!en!comparación!con!los!fenómenos!hidrológicos.!

•  Para! establecer! la! magnitud! del! recurso! de! una! región! que! ! alimenta!centrales!eólicas,!las!normas!recomiendan!realizar!medidas!a!lo!largo!de!al!menos!un!año.!

•  Esta!alta!frecuencia!hace!que!por!“la!ley!de!grandes!números”! !la!energía!de!un!período!de!Lempo!de!días!o!semanas!sea!muy!confiable!para!el!caso!de!un!parque!!eólico.!

•  Tal!es!así!que!la!producción!de!un!parque!suele!medirse!en!horas!anuales!de!potencia!nominal.!

•  Sin! embargo,! la! Energía! Eólica! es! muy! variable! y! casi! impredecible! en!cuesLón!de!fracciones!de!horas!!!

9!

CompaEbilidad%entre%las%Energías%Eólica%y%la%Energía%%

Hidroeléctrica%%

•  Este!complemento!en!el!corto!y!mediano!plazo!es!además!del!que!pueda!exisLr! en! una! región! o! entre! diferentes! regiones! entre! temporadas!ventosas!y!lluviosas,!el!que!hace!que!la!generación!hidráulica!sea!el!socio!ideal!para!las!Eólica!

!•  Por! otra! parte! la! energía! hidroeléctrica! es! la! tecnología! de! generación!!

más! versáLl! en! tanto! es! de! parada! y! arranque! rápido,! permite! brindar!todos! los! servicios! que! precisa! un! sistema! eléctrico! como! regular!frecuencia,! carga! y! tensión,! y! es! la! que! por! su! gesLonabilidad! en! el!corjsimo! plazo! permite! acompañar! las! fluctuaciones! ! de! potencia! de! la!Eólica!

10!

CompaEbilidad%entre%la%Energía%Eólica%y%la%Energía%

Hidroeléctrica%%

•  Esta!diferencia!de!frecuencias! !que!como!si!el!almanaque!de!unas!y!otras!cambiara! a! disLnta! velocidad,! hace! que! exista! una! complementariedad!intrínseca!entre!parques!y!represas.!

•  Esta! complementariedad! lleva! a! establecer! una! Regla! de! Pulgar! (Rule! of!Thumb)!o!Regla!de!Oro!que!dice!que!un!sistema!eléctrico!puede!soportar!!sin! problemas!de! gesLón! tanta! potencia! eólica! como!potencia! hidráulica!tenga! instalada.! Esto! se! jusLfica! claramente! en! la! capacidad! de! la!Hidráulica!de!cubrir!las!variaciones!de!la!Eólica.!!

•  Una!regla!de!pulgar!se!refiere!a!una!regla!sencilla!no!rigurosa!que!permite!tomar!decisiones!seguramente!acertadas.!

11!

Composición%de%la%demanda%en%2020%

•  La!demanda!!estará!en!los!13.000!GWh!•  La!hidráulica!media!será!como!hoy!!6.500!GWh!•  Es!esperable!una!producción!por!biomasa!y!por!fotovoltaica!!!de!1.500!

GWh!•  Para!que!el!resto!sea!de!eólica!serán!necesarios!5.000!GWh!que!

corresponden!a!1.400!MW!de!eólica.!•  Con!esto!estamos!en!38!%!de!eólica,!por!lo!que!seremos!el%país%más%eólico%

del%Mundo%!(Dinamarca!22!%,!España!18%)!•  Estos!1.400!MW!seguramente!se!alcancen!antes!del!2016!•  Con!un!beneficio!de!al!menos!60!dólares!por!MWh!(con!gas!natural!o!120!

sin!gas)!,!tendremos!un!ahorro!anual!!de!al!menos!!U$S:!300!!o!U$S:!600!•  También!estos!parques!requerirán!regulaciones!de!frecuencia!secundaria,!

ya!que!puede!haber!variaciones!horarias!superiores!a!los!500!MW!!•  Si!los!parques!están!distribuidos,!es!muy!dibcil!que!haya!necesidad!de!parar!

parques!porque!la!demanda!estará!siempre!por!encima!de!la!producción!eólica.!Se!esLma!un!“derrame”!de!eólica!inferior!al!1%.! 12!

Curva%de%frecuencia%de%excedencias%de%Parque%Distribuido%–%Parque%concentrado%

13!

!Parque!Concentrado !Parque!Distribuido!

14!

Potencia%máx%O%med%O%mín%%/%Potencia%Eólica%%

Composición%de%la%Demanda%en%2020%(%con%hidraulicidad%media)%

15!

Composición%de%la%demanda%en%2030%

•  La!demanda!!estará!en!los!18.000!GWh!•  L!a!hidráulica!media!será!como!hoy!!6500!GWh!•  Es!esperable!una!producción!por!biomasa!y!!por!fotovoltaica!de!

2500!GWh!•  Para!que!el!resto!sea!de!eólica!serán!necesarios!9000!GWH!que!

corresponden!a!!2300!MW!de!eólica.!•  Con!esto!estamos!en!50!%!de!eólica.!•  Estos!2300!MW!seguramente!se!puedan!alcanzar!para!el!2030!•  Con!un!beneficio!de!al!menos!60!dólares!por!MWh!(con!gas!

natural!o!120!sin!gas),!tendremos!un!ahorro!anual!!de!al!menos!!U$S:!540!o!U$S:!1080!

•  También!estos!parques!requerirán!regulaciones!de!frecuencia!secundaria,!ya!que!puede!haber!variaciones!horarias!superiores!a!los!800!MW!!

•  Aunque!!los!parques!están!distribuidos,!!seguramente!habrá!!necesidad!de!parar!parques!porque!la!demanda!será!superara!!por!la!generación!eólica!al!menos!el!20!%!del!Lempo!EsLmándose!un!“derrame”!de!eólica!!del!4!%.!

16!

17!

Composición%de%la%Demanda%en%2030%(%con%hidraulicidad%media)%

18!

Potencia%máx%O%med%O%mín%%/%Potencia%Eólica%%

El%exceso%de%energía%(Eólica%e%Hidráulica%en%condiciones%de%

verEmiento%o%biomasa)%se%debe%“derramar”%o%vender%en%mercados%

interconectados%

!•  El!exceso!de!energía!!de!los!generadores!no!gesLonables!que!no!puede!ser!

despachado!debe!ser!repuesto!con!generación!térmica!con!un!costo!de!al!menos!120!U$S/MWh.!

•  Las!simulaciones!muestran!que!los!excesos!vienen!en!trenes!menores!a!12!horas!y!por!aproximadamente!2.600!horas!al!año.!(30!%)!

•  Para!aprovechar!esa!energía!en!exceso!se!puede!recurrir!a!tecnologías!de!almacenamiento,! la!más!madura! de! ellas! es! la! uLlización! de! Plantas! de!Acumulación! por! Bombeo! (PSP)! o! Centrales! Hidroeléctricas! Reversibles!(CHR).!

•  Esta!tecnología!se!usó!mucho!a!mediados!del!siglo!pasado!para!gesLonar!las!centrales!térmicas!de!carbón!o!las!centrales!nucleares,!tecnologías!que!no!permiten!variación!de!carga.!

•  Han! proliferado! en! Europa! y! en! Norteamérica,! pero! prácLcamente! no!existen! en! LaLnoamérica,! tal! vez! por! la! abundancia! de! generación!hidroeléctrica!convencional.!

19!

•  Las! PSP! no! son! generadores! de! energía! sino! que! son! acumuladores,! no!Lenen!valor!energéLco!en!si!mismo,!sino!es!un!servicio!de!opLmización!y!flexibilidad!para!la!operación!del!sistema.!

•  Deberían! acumular! energía! cuando! la! potencia! de! las! energías! no!gesLonables! superan! a! la! demanda! para! evitar! derrames,! y! deberían!devolver! lo! acumulado! en! la! primer! oportunidad! en! que! la! demanda!supera!a!la!energía!no!gesLonable.!

•  Estas! centrales! son! de! vasos! pequeños! por! lo! que! no! Lenen! los!inconvenientes!ambientales!de!las!hidroeléctricas!convencionales.!

•  Si!se!considera!1!MW!de!Bombeo!que!funciona!un!30%!del!Lempo!y!Lene!un!rendimiento!del!0.80%!recaudará!anualmente:!!!!!!!!1!MW!*!!8760!h!*!0.30!*!0.8!*!120U$S/MWh!=!250.000!U$S.!!

•  Esta!Central!de!Bombeo!se!repagará!en!10!años!si!su!costo!de!instalación!es!menor!o!igual!a!2.500!U$S/kW.!

20!

Centrales de Bombeo Reversibles o Plantas de Acumulación por Bombeo

Centrales de Bombeo Reversibles o Plantas de Acumulación por Bombeo

•  En! 2010! había! 140.000! MW! en! el! mundo,! 21.000! MW! en! USA,!40.000! MW! en! UE,! 45.000! MW! en! Asia.! En! Uruguay! hay!antecedentes!de!estudios!de!PSP,!vinculados! !al!uso!del!carbón! !o!de!Centrales!Nucleares.!

•  Se!prevé!un!aumento!de!60!%!para!el!año!2020,!USA!quiere!llegar!a!50.000! MW,! ! Portugal! quiere! pasar! de! 1.100! MW! a! 4.500! MW,!Suiza!de!1.400!MW!a!6.500!MW,!Noruega!quiere!tener!20.000!MW!para!ese!año.!!

•  La!causa!de!esto!es!que!es!la!mejor!forma!de!gerenciar!las!energías!renovables!no!gerenciables.!!

•  Una! ! CHR! al! igual! que! una! hidroeléctrica! convencional! puede!susLtuir! rápidamente! a! la! eólica! ! cuando! el! recurso! desaparece!!bruscamente,! pero! también! puede! consumir! ! y! almacenar! los!excesos!de!producción.!

21!

Beneficios de las CHR

•  Permiten! almacenar! los! excesos! de! energía! no!gesLonable!como!la!eólica!o!la!hidráulica!en!situación!de!verLmiento!

•  Ayudan! a! la! regulación! de! frecuencia! secundaría!(posibilidad! de! consumir! o! producir! grandes! canLdades!de!energía!en!forma!rápida)!

•  En!casos!de!baja!hidraulicidad!contribuir! !a!abastecer!los!picos!de!e!potencia!recortando!la!necesidad!de!respaldo!térmico!

Plantas%de%Acumulación%%por%Bombeo%%

Pump%Storage%Plant%(PSP)%

Central%Hidroeléctrica%Reversible%(CHR)%

23!

Central%Hidroeléctrica%Reversible%(CHR)%

24!

Algunos%ejemplos%de%Centrales%Hidroeléctricas%

Reversibles%en%el%mundo%y%algunas%posibilidades%

en%Uruguay%

25!

26!

La%Muela%

27!

Turlough%Hill%

28!

Turlough%Hill%

29!

Vianden%

30!

Vianden%

Cuchilla%Negra%

Sierra%de%

Tambores%

Sierra%de%Aceguá%

Sierra%de%los%Ríos%

Conclusiones%%%

!  Las! Centrales! Hidroeléctricas! de! Bombeo! o! Reversibles!!pueden!almacenar!los!verLdos!de!Eólica!!!durante!los!valle!de!la! demanda! y! devolverlos! en! la! primera! oportunidad! que! la!demanda!supera!a!la!potencia!Eólica!

!  La!Regla!de!oro!sería:!“se%puede%instalar%tanta%Eólica% % %como%

hidráulica% haya% instalada% si% dentro% de% esta% hay% un%

porcentaje%significaEvo%de%la%diferencia%entre%la%potencia%de%

Eólica% instalada%y% la%potencia%mínima%del% sistema%en% forma%

de%centrales%de%bombeo”%

!  Uruguay! está! comenzando! a! estudiar! ! esta! alternaLva! de!almacenamiento!de!Energía.!

!  Así% como% fue% pionero% en% América% LaEna% con% la%

Hidroeléctrica% puede% serlo% en% esta% % suerte% de% producción%

“Eolohidráulica”%%o%“Hidroeólica”.%

48!