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1 CENTRALES HIDRÁULICAS PANORAMA ENERGÉTICO INTRODUCCIÓN La capacidad hidráulica instalable de nuestro país es aproximadamente 60000 MW, de los cuales sólo se han desarrollado 8500, hasta ahora. Esto significa que se tiene un gran reto con el país y la responsabilidad como ingenieros de asumir un compromiso con la explotación de este recurso renovable y dinamizador de la economía. Entonces, los ingenieros deberán obtener competencias y habilidades específicas relacionadas con esta disciplina. En cuanto a los ingenieros electricistas se refiere, se capacitarán en diseño de los principales equipos asociados a las centrales hidroeléctricas, y en su operación y mantenimiento. La materia Centrales Hidráulicas pretende cumplir con el objetivo de desarrollar esas competencias y para lograrlo revisa los principios generales de diseño eléctrico de equipos de generación hidroeléctrica, dota al estudiante de criterios para el planeamiento de los proyectos de expansión de la generación, imparte los conocimientos necesarios para elaborar estudios de reconocimiento, prefactibilidad y factibilidad de proyectos hidroeléctricos, y explora nuevas tendencias tecnológicas en el campo de la producción de electricidad. En este capítulo introductorio se revisan las tendencias energéticas mundiales y se muestra una visión general del sector energético colombiano, puntualizando en las tendencias del subsector eléctrico, con fundamento en el plan de expansión nacional vigente de la Unidad de Planeación Minero Energética, UPME. Finalmente, con el objeto de presentar una primera clasificación de las plantas hidráulicas, como plantas de base, medias o de pico, se revisan los conceptos sobre las curvas de carga y de la curva de duración de carga anual. PANORAMA ENERGÉTICO MUNDIAL El crecimiento económico es uno de los factores más importantes considerados en las proyecciones energéticas en el ámbito mundial. Crecimiento económico que se mide en términos del producto interno bruto, PIB. El crecimiento económico a mediano y largo plazo depende del comportamiento demográfico y las tendencias esperadas de productividad de cada economía. Estos a su vez dependen del crecimiento poblacional, las ratas de participación de la fuerza laboral, del crecimiento de la productividad, del ahorro nacional y de la ISMAEL SUESCÚN MONSALVE 1 2 CENTRALES HIDRÁULICAS acumulación de capital. Adicionalmente, para las economías desarrolladas, los progresos en la construcción de infraestructura de capital humano y físico, por medio del establecimiento de mecanismos regulatorios para gobernar los mercados y garantizar estabilidad política, juegan igual o quizás un papel más importante en la determinación del crecimiento potencial de mediano y largo plazo. Para el período comprendido entre el 2003 y el 2030, el crecimiento real promedio del PIB será 3.8% anual. De acuerdo con el “International Energy Outlook 2006”, el crecimiento proyectado del PIB es mayor que la rata de crecimiento de los pasados 30 años; la razón es que muchos países no desarrollados, no pertenecientes a la “Organisation for Economic Co-operation and Development” OECD*, emprendieron reformas significativas en años anteriores. Políticas macroeconómicas mejoradas, regímenes de cambio flexibles, y bajos déficit fiscales han disminuido las ratas de inflación y la incertidumbre, así como mejorado el clima de inversión. Además reformas estructurales macroeconómicas, tales como privatizaciones y cambios regulatorios han jugado un papel clave. Existe una relación entre el uso de la energía y el PIB (intensidad de energía en el tiempo). El crecimiento económico y la demanda de energía están ligados, pero la fortaleza de la relación varía entre regiones en el tiempo. En Colombia el vínculo entre las dos variables es fuerte y puede afirmarse que el crecimiento de la economía jalona la demanda de energía. Se presenta una propuesta en el sentido de revisar anualmente el documento publicado por la Administración de Información de la Energía de los Estados Unidos, denominado “International Energy Outlook” (IEO)1, con el objeto de mantener cifras actualizadas y confiables sobre las proyecciones energéticas mundiales. * Los países pertenecientes a la OECD (poseen el 18% de la población mundial) son: Norte América—Estados Unidos, Canadá, y México; Europa—Austria, Bélgica, República Checa, Dinamarca, Finlandia, Francia, Alemania, Grecia, Hungría, Islandia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Los países Escandinavos, Noruega, Polonia, Portugal, Eslovaquia, España, Suiza, Suecia, Turquía, e Inglaterra, Asia—Japón, Corea del Sur, Australia y Nueva Zelanda. 1 International Energy Outlook [online]. Washington D.C. : Energy Information Administration, 2007[citado en 2 de agosto de 2007]. Disponible en internet : http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/index.html ISMAEL SUESCÚN MONSALVE 3 CENTRALES HIDRÁULICAS Figura 1. Variación anual del PIB vs. Variación anual de la demanda Fuente: XM, Neón. Citado en el plan de expansión de referencia generación – transmisión 2006 – 2020. A manera de ilustración, en la tabla 1 se muestra una síntesis sobre las tendencias energéticas mundiales para el período 2004 – 2030, consideradas en el IEO 2007. Adicionalmente, en la figura 2 se ilustra el consumo de energía comercializada en el mundo por región para el mismo período. Tabla 1. Tendencias energéticas mundiales período 2004 – 2030 Energético Petróleo Gas Natural Carbón Electricidad 2004 83.0 99.6 114.5 16424 2015 2030 97.0 118.0 129.0 163.2 199.1 22289 30364 Unidades Millones de barriles equivalentes por día Trillones de pies cúbicos por año Cuatrillones de Btu anuales Billones de kWh anuales Fuente: Energy Information Administration, International Energy Annual 2004 (May-July 2006). Citado en International Energy Outlook 2007. ISMAEL SUESCÚN MONSALVE 3 4 CENTRALES HIDRÁULICAS Figura 2. Consumo de energía comercializada en el mundo por región, 2004 2030 Fuente: Energy Information Administration, International Energy Annual 2004 (May-July 2006). Citado en International Energy Outlook 2007. PANORAMA ENERGÉTICO COLOMBIANO Igualmente que con la visión del panorama energético mundial, se deberá revisar anualmente el plan de expansión de referencia generación transmisión que publica la Unidad de Planeación Minero Energética, UPME. Se presentan las proyecciones de demanda doméstica de energía y potencia para el período 2006 – 2020, información extractada del “plan de expansión de referencia generación transmisión 2006 -2020” 2. 2 Plan de expansión de referencia generación transmisión 2006 -2020 [online]. Bogotá : Unidad de Planeación Minero Energética, 2006- [citado en 2 de agosto de 2007]. Disponible en internet : http://www.upme.gov.co ISMAEL SUESCÚN MONSALVE 5 CENTRALES HIDRÁULICAS Tabla 2. Proyecciones de demanda de energía en GWh/año Año 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Alto 53007 55457 57424 59534 61747 64106 66186 68615 71022 73850 76333 Medio 52190 54160 56069 57970 59922 62106 63912 65930 67987 70377 72461 Bajo 51610 53358 54790 56283 57832 59584 61033 62668 64313 66161 67670 Fuente: UPME. Plan de expansión de referencia generación transmisión 2006-2020. Figura 3. Proyecciones de demanda de energía 2005 -2020 Fuente: UPME. Plan de expansión de referencia generación transmisión 2006-2020. Se tienen tres escenarios de crecimiento: alto, medio y bajo, de acuerdo con el PIB. ISMAEL SUESCÚN MONSALVE 5 6 CENTRALES HIDRÁULICAS Tabla 3. Proyecciones de demanda de potencia en MW Año 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Alto 9362 9725 10091 10462 10844 11228 11616 12042 12456 12919 13379 Medio 9216 9495 9850 10184 10520 10874 11214 11568 11921 12307 12697 Bajo 9111 9351 9623 9885 10151 10429 10706 10993 11274 11564 11855 Fuente: UPME. Plan de expansión de referencia generación transmisión 2006-2020. Figura 4. Proyecciones de demanda de potencia 2005 -2020 Fuente: UPME. Plan de expansión de referencia generación transmisión 2006-2020. ISMAEL SUESCÚN MONSALVE