PLANTA PAEZ - SINTESIS DE MEJORAS POTENCIALES

PLANTA PAEZ

SINTESIS DE MEJORAS POTENCIALES

MATERIAL INTRODUCTOR10 ELABORADO

POR

CARACAS, OCTUBRE 2000

INTRODUCCION

El material que se incluye a continuación, contiene

cuatro propuestas básicas, las cuales describen

brevemente algunas posibles mejoras que pueden

hacerse en las instalaciones de Planta Páez, con el

propósito de mejorar su operatividad y en alguna

forma también incrementar su capacidad instalada,

asi mismo se proponen algunas ideas relativas a la

captación de aguas de cuencas vecinas con el

propósito de aumentar la energía generada.

A partir de las ideas aquí planteadas, se propone

realizar una investigación preliminar que confirme

o no la factibilidad técnica de las mismas y

~ posteriormente permita también cuantificar los

potenciales beneficios que se pudieran lograr. Con

1 esa información preliminar, será posible hacer una

comparación con el probable costo de la

implantación de las opciones propuestas y

determinar la rentabilidad de su adopción.

PLANTA PAEZ: MEJORAS POTENCIALES

r erosivo de aguas del causan serios problemas

1 .- Paros generales anuales con pérdidas de aprox. 5% de

2.- Desgaste de agujas y cubetas

3.- Limitaciones de operacidn (50% mínima carga)

Turbinas tienen tres inyectores GENRADORA conectados asimétricamente y

con control Único.

1.- La instalación de control individual de los inyectores tal y como están en San Agatón, permitirla un mínimo técnico de 10 MW, en lugar de 30 MW, lo que permitkía a la vez una utilización más efectiva de la limitada energía disponible.

2.- La modificación de la turbina, para dotarla de un cuarto inyector, aumenta la capacidad instalada a 4 x 20 =S 80 MW por unidad. Totalizando 320 MW. Garantizando 240 MW bajo una contingencia. Esto implica el reemplazo de generador, transformador y cables.

Además de los incrementos en la capacidad instalada y la posibilidad de mejoras operacionales. Pueden lograrse incrementos en la energia disponible, mediante el trasvase de cuencas vecinas, al área de captación actualmente aprovechada.

Hay previsiones para la captacidn de aguas de la Quebrada La Campana. Pueden traerse los excedentes de aguas de la cabecera del Chama y es posible además incorporar aguas del Río Mucusabiche/Paguey.

PROYECTO PP.01

ACCION : MODIFICACION DEL CONTROL DE LAS TURBINAS

OBJETO : ReDUCIR EFECTOS EROSIVOS Y MAXIMIZAR USO DE LA ENERGIA DISPONIBLE.

SITUACION ACTüAL : Cada una de las cuatro unidades de Planta Páez

está dotada de tres inyectores (toberas) que son controladas por un mecanismo que actda simultáneamente. Cuando por razones operativas se hace necesario disminuir la carga de las unidades, se reduce el área efectiva de flujo en los inyectores hasta un mínimo que no debe ser inferior al cincuenta por ciento (50%) de la capacidad de la unidad. Al reducir el flujo por debajo del cincuenta por ciento, se ha determinado que aumenta significativamente el efecto abrasivo de los minerales en suspen- sión, acelerando el desgaste de las agujas.

Hay una serie de ventajas operacionales que se derivan al mantener las unidades en linea a ba- ja capacidad, siendo la primera su condición de reserva rodante de rápida reacción, otra es su contribución para mantener el voltaje dentro de los límites recomendables, as5 como su aporte a la estabilidad del sistema.

Las ventajas operacionales descritas son redu- cidas en parte, debido al hecho que se consume una valiosa energia en horas distintas a la de máxima demanda.

E1 Sistema Occidental de CADAFE constituye la parte del Sistema Interconectado Nacional, con el más bajo factor de carga, presentando un importante incremento de la demanda entre las 19:OO y las 22:OO horas.

En una aproximación preliminar puede decirse que sería ventajoso - particularmente en te-- rada seca - ahorrar agua durante veinte horas (20 hr), para generar el máximo durante cuatro horas (4 hr).

Examinando los datos de generación entre 1987 y 1997, puede observarse que aun durante los años de mayor sequia, ha habido suficiente agua disponible para generar doscientos cuarenta megavatios (240 MW) durante cuatro horas diarias, siempre que no se utilice el agua en las horas fuera de punta.

Dado que los inyectores son idénticos, es razo- nable presumir que manejan flujos idénticos, a- portando cada uno suficiente potencia para generar veinte megavatios (20 MW = 60MW/3) a plena carga y diez megavatios (10MW) a cincuenta por ciento (50%) de la capacidad.

Si una unidad opera dieciocho horas (18h) a media capacidad, tendrá un consumo de agua suficiente para generar quinientos cuarenta megavatios-hora (540 MW-hr). Si mediante la modificación del sistema de control, se hace posible la operaci6n con un solo inyector, ello permitiria disponer de - trescientos sesenta megavatios-hora (360 MW-hora) para las horas de máxima demanda o durante las emergencias.

Simultáneamente a la recopilación de datos hist6- ricos relativos a la operación y el mantenbien- to de las unidades de Planta Pdez, conviene ade- más evaluar la experiencia de San Agatón con el sistema de control de sus turbinas, asi mismo realizar consultas preliminares relativas a las modificaciones necesarias para singularizar el control de los inyectores de las turbinas de Planta Pdez y el probable costo asociado con esas modificaciones .

RESULTADOS ESPERADOS : En base al análisis de los datos hist6ricos y una

proyecci6n de los probables resultados dentro del marco de un mercado eléctrico competivo, se podrd disponer de los elementos indispensables para determinar la rentabilidad de las mejoras en el sig tema de control de las turbinas.

RECURSOS REQUERIDOS: Coordinación del consultor 100 horas

Personal profesional de apoyo 2 0 0 horas Gastos reembolsables

Viajes y viáticos Bs 450.000 Impresión y copiado 100.000

PROYECTO PP.02

ACCION : REPOTENCIACION DE LAC TURBINAS

OBJETO : DISPONER DE MAYOR POTENCIA PARA APLICAR LA ENERGIA DISPONIBLE DURANTE LAS HORAS DE MAYOR DEMANDA Y MAS ALTA COTIZACION.

SITUACION ACTüAL : Cada turbina en Planta Paéz dispone de tres (3)

inyectores (toberas) instalados asimétricamente con un desplazamiento angular de noventa grados (90"). Los generadores, transformadores y cables están dimensionados para una salida de sesenta megavatios (60MW) . La infraestructura hidrdulica de la planta estd dimensionada para una producción total de doscientos cuarenta megavatios (240 MW), lo que actualmente garantiza una capacidad firme (n-1) de ciento ochenta megavatios (180MW).

Las características de la demanda en todo Occi- dente, particularmente en la Región Andina evi- dencian la importancia de contar con una máxima disponibilidad de energia durante las horas de mayor demanda. En el transcurso de los últimos años ha sido necesario recurrir a la generación térmica a base de turbinas de gas, utilizando combustibles liquidos exportables, para evitar hasta donde ha sido posible, el racionamiento del suministro y mantener niveles adecuados de voltaje.

Debido a que los costos de inversión utilizando turbinas de gas son relativamente más bajos, ha sido una practica aceptada, recurrir este tipo de generación para cubrir los picos de la demanda. La solución aquí propuesta de repotenciar turbinas hidráulicas, constituye una alternativa que amerita ser considerada, habida cuenta que la in- versión requerida para la solución con turbinas de gas implica inversiones del orden de $350 a $450 por kilovatio adicional instalado.

CAMBIOS PROPUESTOS: Dada la circunstancia ya mencionada, que la dis-

posición de los tres inyectores es asimétrica, con un desplazamiento de noventa grados (90°), la geometria sugiere la posibilidad de instalar un cuarto inyector, que sumado a la potencia de los tres inyectores originales y actuando sobre el mismo rodete, su efecto deberá traducirse en un incremento de veinte megavatios (20 MW), lo que

r e s u l t a en una capacidad por turb ina de ochenta megavatios (80MW) y de t r e sc ien tos ve in te mega- v a t i o s (320MW) para toda l a planta.

BASES PARA EVALUAR VIABILIDAD: Para i n s t a l a r un cua r to inyector ( tobera) , será

necesario modificar o reemplazar l a t u b e r í a peri- metral que alimenta l o s inyectores. E l cambio de l a geometria y e l aumento d e l caudal se r e f l e j a n en las c a r a c t e r i s t i c a s hidréiulicas d e las tu rb i - nas y como ya se ha mencionado, el aumento del caudal producirtí una reduccidn en l a caída neta.

Una evaluación fundamental debe c o n s i s t i r en e l cá lcu lo de las pérdidas de presión y de las re- s u l t a n t e s reducciones de l a e f i c i e n c i a global de l a planta , l a s cuales deberán c o t e j a r s e con respecto a los beneficios que se derivan del incremento de potencia, que habrá de permi t i r l a ap l i - cación de mayores bloques de energia , en ocasiones en las cuales ésta r e s u l t e más valiosa.

Por cuanto actualmente ex i s t en modelos d i g i t a l e s que permiten l a simulación, menos costosa y más prec i sa y conf ia l e que l a que pudiera obtenerse con cualquier modelo analógico que pudiera cons- t r u i r s e , se podrian logra r respuestas adecuadas con erogaciones muy modestas.

Aparte de l a evaluación de l a p a r t e hidrdul ica, Será necesar io est imar e l costo de repotenciar los componentes eléctricos: generador, t ransfor - mador, cables y equipos asociados. Hay va r i a s posibles soluciones a escoger para resolver este requerimiento.

E l anéil isis de los datos h i s t ó r i c o s de los ú l t i - mos años y el cá lcu lo de los cos tos marginales reales de l a energía generada en las ac tua les condiciones, permi t i rá c u a n t i f i c a r de una manera adecuada e l beneficio potencial a lograrse , como consecuencia de l a repotenciación de l a s unidades, siendo de p a r t i c u l a r i n t e r é s l a evaluación de l o s intercambios de energia con l o s mercados vecinos, t a n t o regionales, como internacionales .

RESULTAODS ESPERADOS: De la repotenciación propuesta se espera l o g r a r

un incremento d e l orden del t r e i n t a por c i e n t o (30%) t a n t o de l a capacidad ins ta lada , como de l a capacidad firme de l a planta, l o que debe permitir a p l i c a r l a energia disponible en l a s horas de máximo valor , t a n t o durante las operaciones ruti-

narias, como en l a s emergencias.

RECURCOS REQUERIDOS: Coordinación del consultor 300 horas

Personal profesional de apoyo 250 horas Gastos reembolsables:

Viajes y v i á t i c o s exter ior B s 1.200.000 Viajes y v iá t i cos inter ior B s 450.000 Impresibn y copiado Bs 300.000

PROYECTO PP. 03

ACCION : MEJORAS EN LA INFRAESTRUCTURA DEL EMBALSE

OBJETO : MODIFICAR EL SISTEMA DE MANEJO DE LAS AGUAS, PARA REDUCIR EL EFECTO DEL MATERIAL ABRASIVO EN SUSPENSION.

SITUACION ACTUAIi : Las previsiones tomadas para reducir el efecto

erosivo de los materiales en suspensión, en espe- cial de las aguas del Río Aracay, no han resulta- do suficientes para minimizar el desgaste de algunos componentes hidro-mecánicos, que deben ser remplazados periódicamente. También la severa se- dimentación en el embalse, obliga a realizar paros totales de la planta con una periodicidad a- nual, precisamente en Bpoca de lluvias, cuando la planta tiene la máxima disponibilidad de energia.

Todos los años, además de la parada general de la Planta para limpiar el embalse, se realizan otras paradas parciales para remplazar los conos de los inyectores y cambiar los rodetes de las turbinas. En ocasiones, cuando por su deterioro es necesario cambiar las válvulas esféricas en cualquiera de las turbinas, se requiere también un paro general de la Planta, porque en el diseño original dichas v¿ilvulas estan conectadas directamente al cabezal múltiple que las alimenta.

CAMBIOS PROPUESTOS: Dadas las diferentes condiciones de las aguas

provenientes de las dos cuencas que alimentan el sistema y en virtud de las caracteristicas de la presa y la ubicación de la toma de agua para el túnel, luce posible realizar ciertas obras com- plementarias que modifiquen los flujos de agua dentro del embalse y permitan realizar por sepa- rado las descarga de fondo, de manera tal que sea posible continuar con la operacidn de la planta a capacidad limitada, aun cuando se estén realizando operaciones de descarga de fondo.

Durante alguna de las administraciones preceden- tes, se adquirid un lote de cuatro (4) válvulas de alta presión tipo compuerta, con el prop6sito de aislar la tuberia alimentadora de cada turbina, para quedar en condiciones de trabajar en las válvulas esféricas cuando ello fuere necesario, sin necesidad de parar totalmente la planta.

Aparentemente después de compradas las válvulas se determinó que las mismas no podían ser monta-

das en el sitio previsto por limitaciones de es- pacio, lo que ha dado lugar para que las válvulas hayan permanecido a la intemperie durante varios años, con el consecuente deterioro. Debe determinarse ahora, primero, si se derivaria alguna ven- taja con la instalación de dichas válvulas; se- gundo, si es posible recuperar las v&lvulas de su estado actual de deterioro y tercero, si al igual que en un momento determinado se pudo excavar toda la roca necesaria para instalar cuatro grupos turbo-generadores y sus correspondientes transformadores, si seria ahora posible realizar las excavaciones necesarias para instalar las válvu- las con la planta funcionando.

BASES PARA EVALUAR VIABILIDAD: Partiendo de los planos originales, realizando

Una inspección del embalse mientras esta vacío en ocasión de las descargas de fondo anual, llevan- do a cabo mediciones de flujo en las diferentes condiciones de operación, será posible recabar suficiente información para construir un modelo, que permita visualizar con cierta confiabilidad la situación predominante en el embalse y de al15 elaborar un diagnóstico de la misma. A partir de dicho diagnóstico podrán determinarse las accio- necesarias para disminuir la entrada de material abrasivo en suspensión hacia la planta, permitir descargar separandamente el fondo de cada una de las mitades de la presa, mientras se contintía a- limentando la planta con las aguas del rio asociado con la mitad de la presa que se mantenga activa.

Utilizando la misma información recaba para los otros proyectos propuestos, deber& ser posible cuantificar el valor de la energfa adicional que pueda obtenerse, así como tambien la reducción en los costos de mantenimiento que se lograrla al moderarse el efecto abrasivo de las aguas. Los ahorros esperados podrdn cotejarse con respecto a las inve2siones requeridas, -permitiendo en esa forma determinar la rentabilidad de la obra.

RECURSOS REQUERIDOS: Coordinación del consultor 200 horas

Personal profesional de apoyo 350 horas Otros consultores externos 600 horas Gastos reembolsables:

Viajes y viáticos exterior Bs 2.200.000 Viajes y vidticos interior Bs 750.000 Impresión y copiado Bs 400.000

PROYECTO PP.04

ACCION : CAPTACION DE AGUAS DE CUENCAS VECINAS

OBJETO : INCREHESTAR EL CAUDAL DISPONIBLE A OBJETO DE LOGRAR AUMENTOS PROPORCIONALES DE ENERGIA.

SITUACION ACTUAL : Pese a que Planta Pdez tiene un embalse que le

permite una regulación diaria satisfactoria, su factor de planta es relativamente bajo, dado el tamaño de la cuenca que la alimenta y las importantes variaciones anuales en el caudal de los rios que la alimentan.

Se tiene entendido que en el diseño original, se tomaron previsiones para utilizar eventualmente una de las ventanas de construcci6n del túnel, para captar las aguas de la Quebrada La Campana.

Si bien se trata de un volumen de agua mas bien modesto, dada la importante caída de la planta que se acerca a los mil metros, el mismo puede traducirse en un no despreciable incremento anual en los kilovatios-hora generados.

Examinando la topografía de las cabeceras de los rios Chama y Santo Domingo, puede apreciarse la posibilidad de transvasar algunos excedentes de quebradas tributarias del Chama a la cuenca del Santo Domingo. No se conocen estudios de esta posibilidad, pero su contribución puede ser de una magnitud mayor que la aducci6n de La Campana.

Una mirada al suroeste de la cuenca del Santo Do- mingo, sugiere la posibilidad de incorporar tam- bién aguas del Río Mucusabiche, lo cual implica obras de mayor cuantía, pero que pueden traducirse tambien en un bloque importante de kilovatios- hora.

OBRAS PROPUESTAS: Para el caso de la aducción de la Quebrada La

pana, pareciera que los planos originales deben ofrecer la informaci6n básica necesaria. Apenas debieran requerirse las obras hidráulicas que conduzcan las aguas hacia la ventana existente, para sumarlas al caudal que fluye por la galería de presión.

Además de las obras hidrsulicas para captar los excedentes de dos de las quebradas en las cabeceras del Chama, sera necesario construir una tu-

beria de aducción para remontar la divisoria de guas y conducir el flujo, quizás hacia la Laguna de Mucubaji. Desde el punto de vista solamente de ingenieria hidráulica, este proyecto luce relativamente sencillo. Desde el punto de vista ambien- tal y politico pudiera resultar complicado.

El trasvase de aguas del Río Mucusabiche constituye un proyecto de mayor envergadura. Probable- mente s61o seria factible de poderse aplicar alli tecnologia de perforación horizontal por control remoto. No obstante, dada la energia adicional que pudiera generarse, el proyecto puede resultar atractivo.

COMENTARIO FINAL Paralelamente a las propuestas aqui descritas, se cree que se derivaran importantes ventajas de la modernización de los equipos de protección, control y telecomunicaciones, asi como de los equipos electromecanicos auxiliares asociados a la planta. No nos extendemos en esa materia, por considerarla más allá del alcance de esta nota.

CARACAS, OCTUBRE 2000

César Quintini Rosales

PLANTA PAEZ - SINTESIS DE MEJORAS POTENCIALES

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