Generacin de electricidad

INTRODUCCIN

El desarrollo de los Sistemas Elctricos de Potencia, ha tenido gran auge en la actualidad debido a que representan un elemento de primordial importancia en el desarrollo de los pases; se han hecho esfuerzos tcnicos considerables para la creacin de centros de Generacin Elctrica, Termoelctrica, o de Energa Nuclear; as, como el diseo y construccin de Lneas de Transmisin de Extra Alta Tensin y operacin automtica de los Sistemas.

En un Sistema de Potencia, desde la Generacin hasta el consumo de la Energa Elctrica, se requiere mantener el suministro de Energa Elctrica en forma continua; es decir, con un mnimo de interrupciones y en la cantidad que los distintos tipos de usuarios requieran, esto con la calidad de servicio apropiada.

En unaforma bastante simple, se puede decir que un Sistema Elctrico se encuentra formado por varios elementos que se interconectan entre si de tal forma que permiten conseguir el objetivo deseado.

En un Sistema Elctrico de Potencia, los elementos principales que componen el sistema son: Las Fuentes de Energa Primaria (agua, carbn, petrleo, gas, material nuclear, etc.) los convertidores de energa Caldera, Turbina, Alternador, Transformadores, los dispositivos de Medicin y Proteccin, las Lneas de Transmisin, Subtransmisin y Redes de Distribucin.

Fsicamente estos sistemas pueden ser de gran complejidad y cumplir amplias zonas geogrficas, pero en su forma ms elemental pueden ser representados por diagramas de bloques; en donde se hace intervenir en forma genrica los elementos de control.

El Sistema Elctrico de Potencia (SEP)

A grandes rasgos un SEP est formado por tres partes principales como son las Centrales Generadoras, las Lneas para el transporte de la Energa Elctrica y los Consumidores. El sistema de potencia forma una enorme red de potencia elctrica que casi cubre todo el territorio nacional. El objetivo central del SEP es proporcionar Energa Elctrica de la ms alta calidad al usuario.

Los ndices principales de la Calidad de la Energa Elctrica son:

a) La continuidad del servicio o confiabilidad. Consiste en que la Energa este a disposicin del usuario en el momento y por todo el tiempo que la requiera.b) La Frecuencia constante. Esta debe mantenerse en valores muy cercanos al nominal, porque su variacin puede causar problemas en algunos equipos y en procesos productivos. Esta se mantiene por medio de la regulacin de las Potencias de las turbinas de acuerdo a la demanda.

c) La Tensin dentro de rango. Este debe de mantenerse en el rango normalizado de 10 %, en general debe estar lo ms cerca posible al valor nominal.

d) Forma de onda senoidal. La forma de onda de la tensin proporcionada por el SEP debe de ser senoidal.

e) El defasamiento entre las fases debe ser de 120.

Como puede verse por lo expuesto hasta ahora, la operacin de un SEP es muy compleja porque se trata de mantener funcionando en paralelo un gran nmero de generadores, interconectados por transformadores y lneas de transmisin a sistemas de distribucin con cargas localizadas en grandes territorios.Todo esto manteniendo la calidad de la Energa segn los ndices mencionados.

Generacin de electricidad

La generacin de energa elctrica en la Comisin Federal de Electricidad se realiza en centrales hidroelctricas, termoelctricas, elicas y nucleares.

Al cierre del mes dediciembre de 2007, la CFE cont con una capacidad efectiva instalada para generar energa elctrica de 49,854.19* Megawatts (MW), de los cuales: 11,456.90 MW son de productores independientes (termoelctricas); 11,054.98 MW son de hidroelctricas; 22,332.46 MW corresponden a las termoelctricas de CFE; 2,600.00 MW a carboelctricas; 959.50 MW a geotermoelctricas; 1,364.88 MW a la nucleoelctrica, y 85.48 MW a la eoloelctrica.

Capacidad efectiva instaladade generacin *

Generacin por fuente *

Desarrollo de la capacidad instalada y de la generacin

Para cumplir el objetivo de CFE de cubrir las necesidades de energa elctrica de la poblacin, de laindustria, la agricultura, el comercio y los servicios en Mxico, la generacin de electricidad ha ido en aumento, como se aprecia en la siguiente tabla:

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Capacidad (MW)

CFE

33,944

34,384

34,839

34,901

36,236

36,855

36,971

38,422

37,325

37,470

38,397

PIES

-

-

-

484

1,455

3,495

6,756

7,265

8,251

10,387

11,457

Total

33,944

34,384

34,839

35,385

37,691

40,350

43,727

45,687

45,576

47,857

49,854

Generacin (TWh)

CFE

159.83

168.98

179.07

188.79

190.88

177.05

169.32

159.53

170.07

162.47

157.51

PIES

-

-

-

1.20

4.04

21.83

31.62

45.85

45.56

59.43

70.98

Total

159.83

168.98

179.07

190.00

194.92

198.88

200.94

205.39

215.63

221.90

228.49

* Incluye21 centrales de productoresindependientes de energa,(PIE) las cuales aparecen en el apartado de Centrales Generadoras.

Informacin adiciembre de 2007.

Transmisin y distribucin

Para conducir la electricidad desde las plantas de generacin hasta los consumidores finales, CFE cuenta con las redes de transmisin y de distribucin, integradas por las lneas de conduccin de alta, media y baja tensin.

Transmisin

La red de transmisin considera los niveles de tensin de 400, 230 y161 kilovolts (kV).Al finalizarseptiembredel ao2007, esta red alcanz una longitud de48,527 km.

Longitud de lneas detransmisin (km)

Nivel de tensin (kV)

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007*

400

11,337

11,908

12,249

12,399

13,165

13,695

14,504

15,998

17,790

18,144

19,265

19,843

230

18,878

19,374

20,292

21,224

21,598

22,645

24,060

24,773

25,687

27,148

27,745

28,136

161

456

456

456

456

508

508

646

470

475

475

475

547

150

445

66

66

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Total

31,116

31,804

33,063

34,079

35,271

36,848

39,210

41,241

43,952

45,767

47,485

48,527

Transformacin

La transformacin es el proceso que permite, utilizando subestaciones elctricas, cambiar las caractersticas de la electricidad (tensin y corriente) para facilitar su transmisin y distribucin. staha crecido en paralelo al desarrollo de la red de transmisin y distribucin, contando aseptiembre delao 2007 con182,999 MVA, de los cuales 76.96% corresponde a subestaciones de transmisin y el restante 23.04% a subestaciones de distribucin.

Capacidad en subestaciones (GVA = unmilln dekVA)

Tipo de Subestacin

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007*

Transmisin

91.0

94.5

98.5

104.5

107.8

113.6

119.7

125.1

128.8

134.7

137.0

140.8

Distribucin

26.2

27.1

28.2

29.9

31.7

33.1

36.2

37.7

38.8

39.7

41.0

42.2

Total

117.2

121.6

126.7

134.4

139.5

146.6

155.9

162.8

167.6

174.4

178.0

183.0

Distribucin

La red de distribucinesta integrada por las lneas de subtransmisin con niveles de tensin de 138, 115, 85 y 69 kilovolts (kV); as como, las de distribucin en niveles de 34.5, 23, 13.8, 6.6, 4.16 y 2.4 kV y baja tensin. Aseptiembre de 2007, la longitud de estas lneas fue de47,534 km y612,651 km, respectivamente.

Longitud de lneas de distribucin(miles de km)

Nivel detensin (kV)

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007*

Subtransmisin

138

1.1

1.1

1.1

1.0

1.0

1.0

1.0

1.3

1.3

1.4

1.4

1.4

115

30.3

30.9

32.3

34.1

34.9

36.1

38.0

38.7

40.1

40.8

42.2

42.9

85

0.2

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

69

3,566

3.4

3.4

3.4

3.4

3.3

3.3

3.3

3.2

3.2

3.2

3.1

Subtotal35,30135.737.138.839.640.742.643.644.945. 646.947.5Distribucin

34.5

54.8

55.6

57.1

58.9

60.3

61.7

62.7

63.6

64.7

66.3

67.4

68.4

23

20.5

22.0

22.7

23.3

23.7

24.6

25.8

26.3

27.4

27.9

28.6

28.9

13.8

211.5

219.2

226.9

233.2

239.7

246.3

251.7

257.4

264.5

269.4

273.2

276.2

6.6 1_/0.6

0.6

0.6

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

Bajatensin196.9

205.9

208.7

211.9

215.3

221.0

222.1

225.1

230.2

233

236.6

238.7

Subtotal484.5503.5516.1528.1539.7554.3563.0573.2587.5597.1606.3612.7Total de lneas519.8539.3553.3566.9579.3595.1605.7616.8632.4642.7653.2660.2Total CFE 2_/550.9571.1586.3601.0614.6632.0644.9658.0676.4688.4700.7708.71_/ Incluye tensiones de 4.16 y 2.4 kV2_/El total incluye lneas de TransmisinInformacin actualizada aseptiembre de 2007.

SISTEMA ELCTRICO NACIONALEl sistema interconectado nacional va desde la pennsula de Yucatn hasta Sonora, la nica parte que falta de integrar es la pennsula de Baja California. Como el territorio que cubre es demasiado grande y se tiene una estructura longitudinal (poco mallada), en Mazatln, Sinaloa; el sistema normalmente esta separado de las lneas que van hacia Culiacn. La estructura longitudinal del sistema trae como consecuencia que sea un sistema de los llamados con enlaces dbiles, o sea que en partes del sistema las lneas de transmisin no tienen suficiente capacidad de paso como para mantener la estabilidad. Cuando ocurren fallas en las lneas de 400 kV, el sistema puede perder la estabilidad.

Caractersticas del Sistema Elctrico Nacional (SEN)Los principales centros de consumo se localizan en la parte central del Pas, destacando las ciudades de Mxico, Monterrey, Guadalajara, Puebla, Veracruz y Mexicali. En la ciudad de Mxico y su zona metropolitana se concentra cerca del 25% de la demanda total del pas.

Dado que la demanda cambia a cada instante es necesario variar continuamente la energa que producen las unidades generadoras, controlando las caractersticas de tensin y frecuencia, adems de conservar los lmites de operacin de cada uno de los elementos del sistema (generadores, transformadores, lneas, etc.), vigilando que se cumplan los objetivos bsicos de la operacin.Para la produccin de Energa Elctrica se aprovechan las fuentes primarias de energa que se dispone (hidrocarburos, agua, carbn, nuclear, geotrmica y vientos), coordinando su operacin para la produccin del kWh al ms bajo costo.

Debido a la gran distancia entre los centros de generacin y los centros de consumo, es necesario contar con una red de transmisin que nos permita enlazarnos y a la vez dar flexibilidad de asignar la generacin ms conveniente para satisfacer la demanda.

El SEN est conformado por la red troncal del Sistema Interconectado (SI), que integra a las reas del Control Central (CEL), Oriental (ORI), Occidental (OCC), Norte (NTE), Noreste (NES) y Peninsular (PEN), el Sistema de rea Noroeste (NOR) opera generalmente en forma aislada y solo se interconecta en forma espordica con el resto del conjunto, y la red de los sistemas aislados Norte y Sur del rea de Control Baja California (BCA).

La interconexin de los Sistemas ha permitido las siguientes ventajas:

Aprovechamiento ptimo de los recursos de generacin y transmisin.

Asistencia mutua en caso de emergencia y contingencia.

Aprovechamiento de la diversidad de las cargas para satisfacer mejor la demanda mxima del sistema.

El despacho econmico es centralizado, logrando as el ms bajo costo de produccin global.

La red nacional mantiene enlaces con redes elctricas de Estados Unidos de Norteamrica (EUA) y Belice:READE CONTROLENLACENMERODE LNEASTENSIN(kV)

BAJA CALIFORNIA NORTEEUA2230

NORESTEEUA4138

NORTEEUA2115

PENINSULARBELICE1115

El SEN tiene las caractersticas tpicas de un sistema longitudinal y presenta la siguiente problemtica:

En base a los problemas tpicos de operacin, ubicacin de centros de consumo, centros de generacin y topologa de la red troncal, se tienen definidos los siguientes criterios de operacin:

FUENTES DE ENERGA PRIMARIAFuentesCaracterstica

Energa fsilLos combustibles fsiles se pueden utilizar en forma slida (carbn) o gaseosa (gas natural). Son acumulaciones de seres vivos que vivieron hace millones de aos. En el caso del carbn se trata de bosques de zonas pantanosas, y en el caso del petrleo y el gas natural de grandes masas de plancton marino acumuladas en el fondo del mar. En ambos casos la materia orgnica se descompuso parcialmente por falta de oxgeno, de forma que quedaron almacenadas molculas con enlaces de alta energa.

Energa hidrulicaLa energa potencial acumulada en los saltos de agua puede ser transformada en energa elctrica. Las centrales hidroelctricas aprovechan energa de los ros para poner en funcionamiento unas turbinas que arrastran un generador elctrico.

Energa de la biomasaLa biomasa, desde el punto de vista energtico, se considera como el conjunto de la materia orgnica, de origen vegetal o animal, que es susceptible de ser utilizada con finalidades energticas. Incluye tambin los materiales procedentes de la transformacin natural o artificial de la materia orgnica.

Energa solarLa captacin de la radiacin solar sirve tanto para transformar la energa solar en calor (trmica), como para generar electricidad (fotovoltaica).

Energa geotrmicaParte del calor interno de la Tierra (5.000C) llega a la corteza terrestre. En algunas zonas del planeta, cerca de la superficie, las aguas subterrneas pueden alcanzar temperaturas de ebullicin, y, por tanto, servir para accionar turbinas elctricas o para calentar.

Energa nuclearEl ncleo atmico de elementos pesados como el uranio, puede ser desintegrado (fisin nuclear) y liberar energa radiante y cintica. Las centrales termonucleares aprovechan esta energa para producir electricidad mediante turbinas de vapor de agua.

Energa gravitacionalLa atraccin del Sol y la Luna que origina las mareas puede ser aprovechada para generar electricidad.

DISTRIBUCIN

TRANSFORMACIN

CARGA

TRANSFORMACIN

TRANSMISIN

GENERACIN

CRITERIOS DE OPERACIN:

Seguridad ante primera contingencia

Seguridad contra Economa

Acciones de Control de Emergencia

PROBLEMAS TPICOS EN LA OPERACIN:

Cargabilidad en Lneas de Transmisin

Control del perfil de Tensin en la red troncal

Estabilidad Transitoria

Dinmica de la Frecuencia en islas Elctricas

Colapso de Tensin

SI = CEL + ORI + OCC + NTE + NES + PEN

SIN = SI + NOR

SEN = SI + BCA