UNIDAD 1. GENERALIDADES DE CENTRALES ELÉCTRICAS

1.1. Introducción1.1.1. Origen1.1.2. Reseña Histórica

1.2. Conceptos básicos1.2.1. Fuente1.2.2. Central Eléctrica1.2.3. Energía Eléctrica 1.2.4. Carga o consumidor1.2.5. Sistema Electroenergético.

1.3. Desarrollo energético en Nicaragua y el mundo.1.3.1. Importancia1.3.2. Futuro1.3.3. Miscelánea internacional

1.4. Balance Energético1.4.1. Equivalencias energéticas utilizadas.1.4.2. Plan de Expansión del Sistema de Generación del SIN 1996 – 2015.

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1. GENERALIDADES DE CENTRALES ELÉCTRICAS

1.1. Introducción

1.1.1. Origen.

Se puede considerar que la industria de la producción de energía eléctrica se inició prácticamente cuando Thomas Alva Edison inicio la operación de la pequeña planta de Pearl Street Station, NY, USA, el 4 de septiembre de 1882.

Esta planta producía energía eléctrica para alimentar el alumbrado de 59 clientes dentro de un área aproximada de una milla cuadrada. Al final del primer año de operación, con la adición de otros generadores de corriente directa, el número de clientes a que se proporcionaba servicios llego a ser de 439.

En el mismo año de 1882 ocurrieron otros dos eventos importantes para la industria de energía eléctrica, pues un generador accionado por turbina hidráulica, se instaló en Appleton, WISCONSIN, USA y se construye la primera línea de transmisión de energía eléctrica (LTE) en Alemania para operar a 2400 voltios en corriente directa con una longitud de 59 km.

El incremento en el uso de lámparas Incandescentes y la operación del motor eléctrico, hicieron necesario que se expandieran los sistemas eléctricos incipientes, sin embargo como los sistemas operaban en corriente directa a la tensión de generación tenían fuertes limitaciones, debido a que solo podían transmitir la energía a cortas distancias con respecto a las centrales eléctricas. Estas limitaciones se logran superar cuando en 1885 aparecieron los sistemas de corriente alterna y el primer transformador de tipo comercial.

Las más importantes tareas a resolver por los energéticos y constructores energéticos consisten en incrementar continuamente los volúmenes de producción de energía eléctrica, en la disminución de los plazos (tiempo) de construcción de nuevos objetivos energéticos y reconstrucción de los viejos, en la disminución de los capitales de inversión, disminución de los gastos específicos de combustibles, incremento de la productividad laboral, en las mejoras de la estructuras de la producción de energía eléctrica y etc.

Thomas Alva Edison(Milan, Ohio 1847 - West. Orange, Nueva Jersey 1931). Inventor norteamericano.1864 invento el telégrafo doble.1877 invento el fonógrafo y el micro teléfono.1878 invento la lámpara incandescente.

Así también descubrió en 1883 la emisión de electrones por un filamento conductor calentado a altas temperaturas en el vacio (efecto Edison3), base del funcionamiento de los tubos electrónicos.

1.2. Conceptos Básicos

1.2.1. FuenteSitio, hecho u ocasión de donde procede algo. Sistema que puede emitir de forma permanente

energía como calor, luz, electricidad, etc., o partículas. Tipos de fuentes:

Fuente de energía. Fuente neutrónica.Fuente de energía del gradiente normal. Fuente móvil.Fuente auxiliar de calor. Fuente radioactiva.Fuente aleatoria de contaminación. Fuente zonaFuente de radiación. Fuente estacionaria.

1.2.2. Central Eléctrica

Instalación para la producción de energía eléctrica partiendo de otras formas de energía. Tipos de centrales eléctricas.

Central eólica. Central hidroeléctrica.Central heliotermia. Central solar.Central nuclear. Central geotérmica.

1.2.3. Energía Eléctrica

Potencia activa de un organismo. Capacidad para obrar o producir un efectoFacultad que posee un sistema de cuerpos de proporcionar trabajo mecánico o su equivalente.

Energía renovable, energía cuyo consumo no agota las fuentes naturales que la producen (las radiaciones solares, el viento, los mares, etc.).

Fuentes de energía, materias primarias y fenómenos naturales utilizados para la producción de energía como carbón, hidrocarburos, uranio, hulla blanca, sol, geotérmica, viento, mareas, etc.

Aparte de la energía mecánica (energía potencial de una masa levantada a una determinada altura de un muelle comprimido, etc., y energía cinética de una masa en movimiento) se distingue las energías químicas, eléctricas, nuclear, térmica y radiante.

La energía es un concepto básico de la física ya que un sistema aislado tiene una energía total constante. Por consiguiente, no puede haber creación ni destrucción de energía sino simplemente transformación de una forma de energía va acompañado de perdidas, particularmente importantes en la conversión de energía mecánica.

1.2.4. Carga o Consumidor.

Carga de espacio o especial, carga eléctrica debida a la presencia en la porción de espacio considerado de electrones o de iones.

Carga de un acumulador: operación durante la cual se hace pasar por el acumulador una corriente de sentido inverso a la que aparato proporcionara.

Carga de una maquina o de una red: potencia activa o aparente suministrada o absorbida por dicha maquina o por dicha red.

Carga eléctrica, cantidad de electricidad que posee un cuerpo.

Cantidad de energía eléctrica acumulada en un cuerpo. Se mide en culombios (C). Cantidad de electricidad no compensada en un cuerpo, es decir, su exceso o defecto en electrones. Potencia dada a uno o varios transformadores o maquinas eléctricas. Material colocado entre los electrodos para su calentamiento. Energía eléctrica almacenador en forma química en una pila.

Consumidor de energía eléctrica, dispositivo que gasta energía o utiliza la energía como fuente generar otro tipo de energía.

1.2.5. Sistema Electroenergético¿? Investigar por su propia cuenta

ENERGÍARADIANTE

ENERGÍAQUIMICA

ENERGÍAMACANICA

ENERGÍAHIDRAULICA

ENERGÍANUCLEAR

ENERGÍATERMICA

ENERGÍAELECTRICA

FOTO

SÍNTESIS,

QUIMIO, LUMINOSCENCIA

EXPLO

SIÓN

BOMBAS

TURBINAS HIDRÁULICA

COMBUSTIÓN FERMENTACIÓN

TERMOLISIS

ELECTROLISIS

ACUMULADORES, PILAS

EFECTO JOULE (RESISTENCIAS ELÉCTRICAS, HORNOS, ETC)

CONVERTIDORES TERMOELÉCTRICOS, TERMIÓNICO Y MAGNETO HIDRODINÁMICO

FOTO

QUIMINCA

CONVERSION DE LAS DIFERENTES FORMAS DE ENERGÍA

1.3. Desarrollo energético en Nicaragua y el mundo.

EstatalGeneración

Empresas Privada Privadas ENALUF INE ENEL Transmisión

Distribución

1.3.1. Importancia

Sin desarrollo energético el país no puede desarrollarse. La economía de un país se sustenta en gran medida al grado de desarrollo y extensión de sus redes eléctricas que este haya alcanzado Es necesaria la electrificación del área rural.

No hay que olvidar que en gran medida la humanidad es dependiente de la energía eléctrica para su subsistencia.

1.3.2. Futuro

Nicaragua posee un gran potencial energético en el área de la geotermia y la hidrología. Estudios realizados por entidades extranjeras han demostrado que solo en geotermia se puede generar fácilmente 2000 MW de energía, suficiente para cubrir las necesidades del país y las de Centroamérica. En el país existen suficientes ríos con suficientes flujos de agua para cubrir las necesidades de energía eléctrica en comunidades alejadas y aisladas del SIN.

El estado de Nicaragua ya desarrolla proyectos en el área hidroeléctrica. Uno de los principales es el del Rio Tumarin.

1.4. Balance Energético.

Son los flujos energéticos de las distintas fuentes, desde su producción hasta su consumo final reflejado la influencia de las variables energéticas en el funcionamiento y organización de la economía. El balance además de fortalecer el sistema de información energética nacional (Empresarial) proporciona una fuente de análisis y de estudios comparativos del sector.

Los balances energéticos se efectúan a nivel de energía primaria y secundaria y también en los centros de transformación, basados en la ecuación siguiente:

OR + IM = DT + EX + VS + CI

dónde:

OR – Origen: Representa la producción nacional neta de la energía primaria o la cantidad de energía secundaria originada en un centro de transformación.

IM – Importancia: Energía solicitada a generadores externos.

DT – Destino: Representa los flujos entrantes a los centros de transformación en el caso de energía primaria y el consumo total en el caso de energía primaria y el consumo total en el caso de la energía secundaria.

EX – Exportación: Energía que se destina para su venta en el extranjero.

VS - Variación de Stock: diferencia entre las existencias de una fuente energética al 31 de diciembre del año i-1 y al 31 de diciembre de la i

CI – Cierre: Incluye pérdidas y cierre estadísticos.

Energía Primaria (EP).

Formas de energía tal como se obtiene de la naturaleza sin ningún proceso de transformación.En el balance energético se consideran las siguientes formas de energía primaria:HE: Hidroenergía RV: Residuos VegetalesGE: Geoenergía. LE: Leña.PT: Petróleo.

Centros de Transformación (CT)

Instalaciones donde se efectúa la transformación de la EP modificando su forma y/o estructura para dar origen a la energía secundaria (ES).Ejemplo: Centrales Eléctricas, Refinerías, Carboneras.

Energía Secundaria (ES)

Productos o fuentes energéticas obtenidas por la transformación que sufren algunos tipos de EP destinados a los sectores de consumo. El único origen posible de toda energía ES un centro de transformación CT y el único destino posible un centro de consumo (CC).

Formas de ES: Energía Eléctrica. Fuel Oíl.Carbón vegetal (leña). Keroturbo.Gas licuado de petróleo. Fuel Gas.Gasolina motor. Diesel Oíl.Kerosene. No energéticos.

Centros de Consumo (CC).

Sectores económicos a los cuales se destina la energía para sus diferentes usos finales tales como:

Residenciales (RSD). Transporte (TRS).Comercio público y servicio (CPS). Agropecuarios (AGR).Industrial (IND).

Generalidades sobre Balance Energético Nacional (BEN)

La matriz del Balance Energético Nacional consta de 31 filas conteniendo: oferta, transformación y consumo final de energía y 17 columnas donde se detallan las fuentes energéticas utilizadas por cada elemento.

Oferta

Constituye el total de energía disponible para el consumo (fila 1 a 6) e incluyen: proporción primaria por tipo de energía, comercio exterior (importaciones y exportación); inventarios de las diferentes fuentes; energía no aprovechada y pérdidas.

Transformación

Representa la entrada de las fuentes energéticas primarias y secundarias (fila 8 a 12).

La fila 13 totaliza las fuentes energéticas que fueron suministradas a los centros de transformación para obtener Energía Secundaria. Las filas de la 11 a la 18 representa la producción obtenida en los centros de transformación.La fila 19 totaliza las fuentes energéticas producidas en los centros de transformación.

Consumo Propio

Representa el consumo (fila 20) de las distintas fuentes energéticas que los centros de transformación en su propio proceso productivo o de generación no incluyéndose en la oferta interna neta (fila 22).

Balance de Transformación.

Es la diferencia de la transformación (producción fila 26) menos consumo propio (fila 27) menos transformación (carga fila 13).

Oferta Interna Neta.

Es la cantidad de energía que queda a disposición del sector energético y del consumo final del país (fila 22). Se obtiene de sumar la oferta interna bruta y el balance de transformación.

Demanda Final Total.

Representa la energía que va destinada para el consumo en los diferentes sectores de la economía nacional.

1.4.1. Equivalencias energéticas utilizadas.

Fuentes energéticas UnidadToneladas

equivalentes Petróleo (TEP)

Leña 10³ TM 360.00Residuos vegetales 10³ TM 180.00Petróleo 10³ Barriles 139.60

Hidro, Geo energía, elec.

GWh 86.0

Carbón vegetal 10³ TM 700.00Gas licuado de petróleo

10³ Barriles 96.8

Gasolina motor ----- 123.6Kerosene ----- 132.4Diesel Oil ----- 136.8Fuel Oil ----- 148.2Fuel Gas ----- 172.5No energéticos ----- 136.4

1.4.2. Plan de Expansión del Sistema de Generación del SIN 1996 – 2015.

Objetivo: El objetivo es determinar todas la obras de generación necesarios para satisfacer las necesidades de potencia y energía eléctricas previstas a un horizonte de 20 años, de una manera económica y confiable.

Es un plan de mínimo costo en el sentido que minimiza el valor presente de los costos de inversión, operación, y fallas o sea la energía demandada y no servida.

El sistema actual (1996) de generación.

Planta Tipo Año Capacidad (MW)Nominal Efectiva

Centro América H 1965 50 48C. Fonseca /Sta. Bárbara

H 1971 50 46

Managua TV 1958 65 66Nicaragua TV 1976 100 100P. Arguello GT 1983 70 40J.D. Estrada TG 1992 25 25G. Pomares TG 1967 14 10

374 335

H: Hidro. TG: Turbina a Gas.TV: Térmica a Vapor. GT: Geo Térmica.

Mercado Eléctrico.

El estudio de mercado prevé un crecimiento de la demanda máxima de 343 MW en 1996 a 1058 MW en 2015, para una tasa de crecimiento promedio del 6.11 %.

Los requerimiento de energía varían de 1891 Gwh en 1996 a 5384 GWh en 2015.

El factor de carga es del 63 % a lo largo del periodo de estudio la tabla 1 da los valores de potencia y energía para todo el periodo.

Tabla 1. MERCADO ELÉCTRICO DE NICARAGUA (1996-2015)

Año Demanda Max, MW

Energía, GWh

1996 343 18911997 364 20071998 387 21341999 413 22772000 441 24322001 468 25812002 491 27412003 528 29122004 562 30992005 600 3309

Parámetros Económicos.

Tasa de Descuento

La tasa de descuento usada para actualizar todos los costos es del 12 % anual.

Costo de los combustibles.

Se han usado los siguientes costos, constantes a lo largo del periodo de estudio.

Para el Bunker C 15.00 U$ / Bbl de 42 gls.Para el Diesel C 35.40 U$ / Bbl de 42 gls.

Costo de la energía demandada y no servida.

Se ha usado un costo constante de 60 centavos de dólar por kWh para evaluar el costo de falla.

Este valor da el efecto de la calidad del servicio eléctrico sobre el PIB del país.

Programa de adiciones y retiros.El plan de expansión de mínimo costo del siguiente programa de adiciones y retiros.

Año Adiciones Retiros1997 Turbinas a gas de 34 MW (comprendida)

Planta diesel de generación privada de 30 Mw comprometida.

Unidad Siemens de 15 Mw planta Managua

Recuperación de 15 Mw en planta Geo térmica P. Arguello.

1998 Proyecto de Cogeneración (10Mw) Ingenio Victoria de Julio.Recuperación de 15 MW en planta Geo térmica.Planta diesel a base de bunker C de 30MW.

1999 Proyecto de Cogeneración (10 MW) Ingenio Turbina a Gas G.

Año Demanda Max, MW

Energía, Gwh

2006 635 35022007 674 37172008 717 39542009 762 42022010 811 44722011 856 47202012 903 49792013 953 52552014 1005 55422015 1058 5834

Victoria de Julio. Pomares (10 Mw)Turbinas a Gas de (35 MW).

2000 Primera Unidad Geo térmica Sn Jacinto Tizate (25 MW).

2001 Segunda unidad Geo térmica San Jacinto –Tizate (25 Mw).

2002 Proyecto hidroeléctrico La Sirena (32 MW).Tercera unidad Geo térmica Momotombo (20 MW).

2003 Proyecto Hidroeléctrico Larreynaga (20 MW).2004 Primera unidad Geo térmica el Hoyo-Monte

Galán (35 MW)Planta diesel Privada (35 MW).

2005 Segunda unidad Geo térmica El Hoyo-Monte Galán (35 MW).

2006 Tercera unidad Geo térmica EL Hoyo-Monte Galán (35 MW)

Primera Unidad Pta. Nicaragua (50 MW)

Turbina de Gas (50 MW)2007 Proyecto Hidroeléctrico El Carmen (60 MW). Segunda unidad Pta.

Nicaragua (50 MW).Turbina de Gas (50 MW)

2008 Proyecto Hidroeléctrico Copalar (150 MW)2009 Unidad diesel (5 MW).2010 Proyecto Hidroeléctrico Valentín (62 MW)2011 Turbina de vapor de Bunker C (100 MW)2012 Turbina de vapor de Bunker C (100 MW)2013 Turbina de vapor de Bunker C (100 Mw) Planta diesel(30 MW)

cogeneración(10 MW)Turbina a gas (25 Mw).

2014 Turbina a gas (50 Mw). Cogeneración (10 Mw).

2015 Turbina a gas (25 Mw).

Resumen de adiciones

Plantas Hidroeléctricas 324 MW. Total Plantas Geotérmicas 185 MW. 1,159 MW Plantas Termoeléctricas 650 MW. Requerimiento de Capital. (Millones US $).

Plantas hidroeléctricas 772.29 Total Plantas Geotérmicas 372.04 1,773.19 Millones de dólares USA.Plantas Termoeléctricas 628.86

Costo total del plan.

Valor acumulado del plan 984.3 Millones de dólares.

COMPANÍAS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA.

Estas plantas de generación de energía eléctrica fueron agrupadas, en tal forma, para su venta al sector privado, como una exigencia de parte de entidades extranjeras que recibe el Gobierno de Violeta Barrios de Chamorro, con el fin de mejorar el sistema de generación de energía eléctrica en el país.

Generadora Eléctrica Central S.A – GECSA.

Planta Managua.Planta las Brisas.

Generadora Eléctrica Occidental S.A - GEOSA.

Planta Nicaragua.Planta Chinandega.

Generadora Hidroeléctrica S.A - HIDROGESA.

Plana Centro América.Planta Santa Bárbara.

Las plantas pertenecientes a GECSA y GEOSA logran venderse al sector privado. Las plantas de HIDROGESA quedan en mano del estado de Nicaragua como una estrategia económica de la industria eléctrica nicaragüense.

BIBLIOGRAFÍA

Fundamentos de Sistemas de Energía Eléctrica.

Elementos de Centrales Eléctrica I.

Elementos de Centrales Eléctricas II.

Diccionario Larousse 1996.

Diccionario de Energía.

Tecnología de las Energías.