Escrito por: Pedro Mentado• 5 junio, 2020• • Contenido Exclusivo

Diseño y construcción de Mini Centrales Hidroeléctricas nuevas (III parte de VIII)

Gabriela König

Directora Comercial Latam y Península Ibérica para turbinas CINK Hydro-Energy

Crear un pequeño proyecto hidroeléctrico eficiente

Cuando al principio del siglo pasado la generación eléctrica era descentralizada ya que no existían las redes interconectadas, y diversas poblaciones y empresas se unieron alrededor de una central hidroeléctrica para obtener su electricidad, el cuidado de la misma estaba garantizado por el interés de sus mismos consumidores que dependían de ella y pagaron sus gastos en su totalidad de forma directa. Cuando aparecieron las redes interconectados y la producción eléctrica a mayor escala y centralizada, aparentemente mas económica y estable, hicieron desaparecer estas pequeñas centrales. Las infraestructuras y la operación de centrales grandes (hidroeléctricas, térmicas y nucleares) se financiaron y financian parcialmente o en su totalidad con medios públicos por lo que la transparencia y eficiencia de la producción eléctrica, su transporte en largas redes con tremendas perdidas, y sus gastos reales quedan poco claros.

En las ultimas dos décadas, con el boom de las energías renovables que nació con la idea de reducir emisiones, impacto y contaminación en la producción eléctrica, renacieron también las Mini hidráulicas como la energía eléctrica mas limpia, estable y eficiente entre todas las renovables, lo que ya comentamos y explicamos en el primer articulo de esta serie.

Igual como las otras renovables, las mini centrales hidroeléctricas suelen ser una inversión privada, porque así se asegura la continuidad de la central produciendo energía de forma eficiente económicamente y técnicamente. Un inversor privado siempre va a optimizar tanto el diseño como la producción y el mantenimiento para asegurar una operación eficaz, cuidando así su inversión a largo plazo. En pequeñas centrales esta eficiencia es esencial, ya que no sobra dinero para compensar la falta o las malas gestiones, y es una pena ver muchas centrales paradas y abandonadas por esta y otras causas.

El negocio consiste en crear una producción anual de electricidad que según país y legislación se paga con un precio regulado para la producción de energía renovable (PBAs) o según la tarifa del mercado libre eléctrico. Estos ingresos tienen que pagar y amortizar la gran inversión inicial y los gastos de operación, y dar beneficios a partir de un momento razonable. Tanto el dinero invertido como sus gastos financieros, los gastos de mantención (personal, repuestos, lubricantes, reparaciones etc.) deben entrar en el estudio de viabilidad que se debe realizar en base a una ingeniería exhaustiva de detalle que calcula una producción anual prevista y la inversión acorde. Conviene que en estas cuentas también se introduce un margen de seguridad por la incertidumbre hidrológica y política, ya que pueden cambiar radicalmente el panorama, según “el viento que sopla y el agua que está cayendo” tanto del cielo como en la política nacional o internacional.

El diseño determina su inversión inicial, sus gastos anuales y con ello sus beneficios

Estas cinco líneas de inversiones iniciales necesarias para iniciar un proyecto hidroeléctrico se pueden optimizar con una buena ingeniería que se basa en un correcto análisis de unos datos hidráulicos y topográficos reales y contrarrestados, definiendo una relación salto y caudal que da una buena producción eléctrica. De allí se debe saber proyectar una obra civil eficaz, con accesos y conductos eléctricos y hidráulicos coherentes para que un equipo electromecánico adecuado llega a una producción anual esperada, que al fin y al cabo tiene que cubrir los gastos de inversión y financieros y los gastos de operación con márgenes razonables de seguridad para eventos inesperados.

También es muy importante una eficiente gestión de los tiempos y gastos para conseguir las autorizaciones correspondientes, lograr la obra a tiempo y dentro del presupuesto, y que la puesta en marcha se logre realizar antes de la época mas lluviosa para poder obtener buenos ingresos en el inicio y dar una alegría a los bancos y el propio bolsillo después de varios años de solo invertir tiempo y dinero.

Los gastos de operación y financieros

Como los gastos de operación y financieros se restan de su producción anual, y con ello de los beneficios, conviene optimizarlos y reducirlos, dentro de lo técnicamente razonable. Se puede evaluar de reducir la inversión inicial, reduciendo la potencia del proyecto, aumentando el factor de planta que reduce el riesgo y los gastos financieros y dará beneficios antes. Es importante elegir soluciones de obra civil eficientes y seguros, juntos con equipamientos fiables y de larga vida.

Para los gastos anuales es importante considerar un mantenimiento fácil y económico de unos equipos de alta calidad y seguridad, en lo técnicamente posible con turbinas como Crossflow y Pelton, si la relación salto/ caudal lo permite. Las turbinas mas complejas, con muchos elementos móviles y lubricación interior, como Francis y Kaplan, sobre todo en su versión pequeña, son mucho mas delicados que se atasquen, y requieren hasta 4 veces mas gasto y tiempo de mantención. Los equipos de poco mantenimiento y pocos atascos también estarán menos horas parados, por lo que se pierde menos producción y menos dinero.

Alabes guías de una Francis de 200kW atascadas por unas hojas …

Uno de los mayores problemas reales – la calidad de agua

Muchos inversores y diseñadores que proyectan por primera vez una Mini central hidroeléctrica no suelen tener en cuenta lo que significa en tiempo y dinero un problema muy común durante la operación: la calidad del agua. Hablamos tanto de la suciedad natural (arrastres vegetales, arena, sustancias volcánicas, etc.) y artificial (basura humano e industrial de todo tipo) que lleva, como su alteración química natural (pH alterado por lavados de minerales, …) o artificial (ácidos o sustancias químicas de minas y otras industrias).

La abrasividad es un problema muy común en zonas volcánicas o de otras piedras abrasivas que al final aparecen en el agua en forma de partículas finas. Hay que tener en cuenta que el agua entra con bastante velocidad a la turbina, y en las turbinas de reacción, el tubo de aspiración además aumenta esta velocidad con la que el agua choca contra el fierro en las paredes del interior de 8 a 10 veces.

Esto significa un efecto igual a un chorro de arena muy potente que esta limando nuestra geometría que pierde rápidamente su forma a consecuancia. La reducción de la geometría a causa del limado produce adicionalmente una cavitación que multiplica la destrucción interior para que en muy poco tiempo, meses o pocos años nos quedamos sin turbina. Una turbina con alta eficiencia se puede ver reducido por este efecto en muy poco tiempo y tiene que ser reparado con alto coste o sustituido parcialmente, que es una perdida muy importante, sobre todo en los primeros años donde la inversión inicial aprieta.

Por lo tanto es siempre muy aconsejable invertir en un buen desarenador y su manteamiento regular y optar por turbinas con menos velocidad interior y de acción, cuando se detecta este tipo de calidades de agua.

Igualmente los arrastres vegetales, como arbustos y arboles en época de fuertes lluvias, que deberían ser los momentos de máxima producción e ingresos, pueden ser un gran problema por lo que se debe prever un limpiar reja automático que puede evitar unas perdidas de producción hasta un 30%.

Para evitar atascos es aconsejable seguir las instrucciones del fabricante de la turbina respecto al tamaño adecuado de la reja en la cámara de carga y optar por turbinas auto limpiantes por fuerza centrífuga como la Crossflow, si basura o vegetales flotantes son de esperar en el lugar del proyecto.

La alteración química del pH u otras, de forma natural o a causa de contaminación, dañan los equipos por lo que conviene analizar el agua en varias ocasiones antes de comprar las turbinas para ver si ciertos cubrimientos son necesarios que garantizan una longevidad adecuada y necesaria para garantizar su éxito económico.

Ejemplo Central de paso CHILE

Operando desde octubre de 2017

Equipamiento con turbina Crossflow
Central de paso nueva
Salto neto: Hn=72 m
Tubería de presión 2,2 km
Caudal nominal 2.000 l/s
Potencia instalada: 1.278 kW

Ejemplo Central de paso Kirkthorpe, UK

Operando desde enero de 2017

Equipamiento con turbina AD4-200 Kaplan Turbine de doble regulación, CINK Hydro Energy
Central de paso nueva
Salto neto Hn=3,22 m
Caudal nominal 20.000 l/s, mín. 4.000 l/s
Potencia instalada: 557 kW
Producción anual: 2,4 Millones kWh