1. Gerencia de Comercialización y Sistemas
ANEXO Nº 2
Informe Técnico Central Piloto San Juan de
Marcona
JOVS-Evaluación Técnica Centrales Eólicas de Malabrigo y Marcona 33

2. Gerencia de Comercialización y Sistemas
Anexo 2
CENTRAL EÓLICA PILOTO SAN JUAN DE MARCONA
450 KW
2004
JOVS-Evaluación Técnica Centrales Eólicas de Malabrigo y Marcona 34

3. Gerencia de Comercialización y Sistemas
CENTRAL EÓLICA PILOTO SAN JUAN DE MARCONA 450 KW
La Central Eólica San Juan de Marcona en San Juan de Marcona, provincia de Nasca.
Departamento de Ica.
DESCRIPCION DEL EQUIPO
-Tecnología : Japón
-Marca : Mitsubishi Heavy Industries
-Tipo de Turbina : Paso variable( ángulo de ataque de los álabes varían de acuerdo a la velocidad
del viento).
Central Eólica San Juan de Marcona de 450 kW fabricado en el Japón, marca MITSUBISHI,
desde el año 1999 viene operando en forma inestable, presentando fallas de funcionamiento los
cuales fueron levantadas cada vez por Mitsubishi y ADINELSA o por ADINELSA, a la fecha la
Central se encuentra en reserva para su puesta a “punto” y reiniciar su operación continua. Los
mantenimientos correctivos mayores fueron el cambio del generador y alineamiento de la volante
de la turbina, en ambos casos se ha utilizado dos grúas de gran tonelaje para el desmontaje y
maniobras de los equipos a una altura de 40 m.
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4. Gerencia de Comercialización y Sistemas
Por consideraciones tecnológicas, la Central Eólica, no cumple con eficiencia la operación
continua por las constantes paralizaciones ocurridas, en el ambiente de la investigación se ha
acopiado información que será de gran importancia para nuevos proyectos. Esta Central se
encuentra paralizada, faltando un ajuste a los sistemas de control y software de operación de la
máquina.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
MARCONA
Sistema “Grid Conection”
Potencia 450 Kw
Número de aspas 3
Diámetro de las aspas 39 m
Potencia del generador 450 Kw
Altura de la torre 40 m
Transformador elevador 562.5 Kva
Peso total (turbina y torre) 50Tn
Monitoreo a distancia Si
Procedencia de las máquinas Japón (Mitsubishi)
REGISTRO DE VIENTOS
1. Régimen de Vientos
San Juan de Marcona, desde el año 1999, en 4 años, se ha registrado datos de frecuencias
de velocidad del viento, obteniéndose a la fecha un promedio de 9 m/s a una altura de 40
m.
La características de la velocidad del viento es la variabilidad como indica la figura
2. Densidad de Potencia
Velocidad
( m/ s )
El potencial aprovechable se
puede evaluar mediante la
densidad, es decir, la potencia
del viento por unidad de área de
impacto, en las aspas de un 8 m/ s
aerogenerador.
Con los datos históricos de
velocidad de viento registrados
se han obtenido las siguientes
Tiempo
densidades de potencia:
Marcona : 441Watts / m2.
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5. Gerencia de Comercialización y Sistemas
Los valores encontrados, representa la potencia aprovechable del viento y son utilizados como
referencia para la elaboración del Atlas Eólico el cual caracteriza el potencial del viento del
lugar.
3. Parámetros Hallados de Distribución de Weibull
Es representada por la siguiente expresión:
( k-1 ) k
ƒ(v)=(k/C).(v/C) .exp(-(v/C) )
Donde:
ƒ(v) = función de Weibull
k = Parámetro de Forma
C = Parámetro de Escala
El parámetro k tiene gran influencia en la expresión f(v) distribución de Weibull , determina la
forma de la curva, y en este caso, representa el tipo de comportamiento del viento en la zona; con
los datos registrados, se han determinado los siguientes valores: en las dos zonas
San Juan de Marcona
Kweibull = 1.92
Cweibull = 9.3 m/s
Velocidad Promedio = 9.0m/s
4. Interpretación de los Parámetros Hallados
en San Juan de Marcona se ha encontrado el valor promedio de k = 2, en este caso, corresponde a
la curva de distribución de Rayleigh, estos valores hallados son dinámicos en el tiempo y pueden
variar de acuerdo al régimen del viento, y es improbable obtener valores menores que los hallados
por los registros que se cuenta, estos resultados muestran buen potencial eólico, de estos lugares,
en el supuesto caso que los valores de k fuese 1 o menos que 1, correspondería la distribución del
tipo exponencial por lo que se puede predecir lugares no adecuados para aplicaciones energéticas,
el cual no es este caso, la forma de las curvas se pueden observar el siguiente esquema:
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6. Gerencia de Comercialización y Sistemas
INFLUENCIA DEL PARÁMETRO DE FORMA (K)
1500.0
k = 3.38
1300.0
k = 2.29
1100.0 k = 1.0
FRECUENCIA
900.0 k = 0.5
700.0
500.0
300.0
100.0
-100.0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
VELOCIDAD DEL VIENTO (m/s)
PERFIL DE VELOCIDAD DE VIENTO
Altura
(m)
v (h) = (v / k) . Ln (h / Zo)
60
40
20
0
( m / s)
5 10 15
5. Velocidad del Viento en San Juan de Marcona.
la mayor frecuencia de velocidad de viento promedio acumulado se presenta en el rango de 9
m/s a 40 m. de altura.
En la figura se puede observar dos curvas, uno corresponde a la Frecuencia de vientos y la otra
la curva de Potencia de salida del generador, los registros son los resultados del
almacenamiento de datos desde el año 1999.
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Se observa en la curva de frecuencia de vientos, la mayor frecuencia de velocidad de viento
promedio acumulado se presenta en el rango de 9 m/s a 40 m. de altura.
500.0 600
450.0
F recu en cia de V ien to
500
P o tencia Media (kW
400.0
350.0
400
300.0
250.0 300
200.0
200
150.0
100.0
100
50.0
0.0 0
0 5 10 15 20 25
V elocidades
C urva de P otencia F recuencia de V ientos
6. Velocidad de viento Diario en Marcona.
Los registros acumulados de velocidad de viento diario, se muestran en la figura, el
comportamiento es similar a la Central de Malabrigo; las velocidades menores se observan a
partir de las 24:00 horas hasta las 6:00 horas, en promedio casi todo el tiempo se encuentra
generando energía eléctrica y las horas punta (18:00 a 23:00 horas), mas ventajoso que
Malabrigo. Los resultados registrados a la fecha muestran velocidades de viento entre 6.5 m/s
y mayores a 10 m/s, estadísticamente se han registrado velocidades de viento hasta 20 m/s.
12.00
10.00
Velocidad (m/s
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Horas
a 40 m . de altura
7. Generación de Energía
San Juan de Marcona, similar al anterior se entrega energía a través de la línea de 34.5 kV, de
propiedad de Shougang-Hierro Perú. La generación de energía promedio mensual es de
110,200.0 kWh.
La energía acumulada a junio 2003 es de 3`445,850 kWh con 14,040 horas de funcionamiento.
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8. Gerencia de Comercialización y Sistemas
8. Factor de Capacidad (FC)
Los registros acumulados desde la fecha de funcionamiento de la máquina dando como
resultado de 39 %
En Europa (Alemania) sus instalaciones evaluadas promedian un FC de 21 %. (Ref.:
Greenpeace-Campaña de Energía-Junio 2001)
9. Costos Iniciales de Las Centrales Piloto
Central Eólica Marcona 450 kW 569 868.00 US$
Costo unitario 1 266.00 US$/Kw
Los costos del cuadro anterior, son los resultados del proceso de adquisición lleve en mano por el
PNUD, ( libres de impuestos e IGV).
10. Determinación del Costo de Generación, Costo de Operación y Mantenimiento y VAN de
Los Proyectos Piloto
10.1 Gastos de Operación y Mantenimiento
Se ha obtenido de acuerdo a los gastos efectuados en el periodo desde 1999 a 2003
El estimado de los costos de Operación y Mantenimiento se ha tenido en cuenta las
siguientes actividades y servicios:
Servicio telefónico en la Central para monitoreo de datos
Operación y mantenimiento preventivo
Alquiler de grúa
Mantenimiento especial- repuestos
Mantenimiento de línea de interconexión
Mantenimiento anticorrosivo
Mantenimiento de sistemas de control y software
El resultado es el siguiente:
Central Eólica Marcona 450 kW Cent.US$/kWh Cent. S/./kWh
Costo de Operación y Mant. 5.0 17.1
Estos resultados equivale al 8% de la Inversión
10.2 Costo de Generación de Energía
Los costos de generación de energía, será por naturaleza los valores máximos debido a
su particularidad de ser piloto, en la evaluación no se considera los aspectos de
economía de escala por no ser considerado bosque eólico, los resultado de la
evaluación servirán para determinar los niveles tarifarios.
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9. Gerencia de Comercialización y Sistemas
El costo de generación se determina utilizando la siguiente fórmula:
Costo de Generación = (CCA + C O&M) / (FC . H) = [ US$ /kWh ]
Donde:
CCA : Costo de capital anualizado en US$ /kW
C O&M : Costo de Operación y Mantenimiento en US$/kW
FC : Factor de capacidad de la turbina en %
H : Horas de funcionamiento promedio anual del generador .
Las consideraciones asumidas se describen en la siguiente Tabla.
COSTO DE GENERACION DE ENERGIA EN cUS$/kWh
CENTRAL EÓLICA 450 KW SAN JUAN DE MARCONA
ANALISIS TECNICO
AEROGENERADOR:
DIAMETRO DE LA PALA 39
AREA DEL ROTOR EN (m2) 1195
DENSIDAD MEDIA Kg/m3 1.23
FACTOR DE CORRECCON DE DENSIDAD 1
VELOCIDAD MEDIA ALTURA DEL ROTOR (m/s) 9
TIEMPO EN HORAS 5616
ENERGIA MAXIMA EXTRAIBLE DEL VIENTO EN kWh(teórico) 3007806.23
ENERGIA MAXIMA DE SALIDA DE LA TURBINA EN kWh 2707025.60
ENERGIA REAL DE SALIDA CON DISPONIBILIDAD EN kWh 1148950.00
DISPONIBILIDAD REAL 0.95
DISPONIBILIDAD TECNICA 0.98
POTENCIA NOMINAL (RP) EN kW 450
FACTOR DE CAPACIDAD 45.5%
COSTOS
NUMERO DE TURBINAS 1
POTENCIA INSTALADA EN kW 450
COSTO DE INSTALACION DE LA CENTRAL EN US$ 569868.00
COSTO DE INSTALACION DE LA CENTRAL EN US$/kW 1266.37
TIEMPO DE CONSTRUCCION EN MESES 2
TASA DE INTERES DE CALCULO DE COSTO ALTERNATIVO 8%
INTERES DURANTE LA CONSTRUCCIÓN US$/kW 5.43
COSTO TOTAL CAPITAL US$/kW 1271.80
VIDA UTIL EN AÑOS 20
TASA DE INTERES REAL 12.0%
COSTO DE CAPITAL ANUALIZADO US$/kW 170.27
COSTO FIJO DE O&M ALTERNATIVO 8% DE LA INVERSION U 101.31
COSTO TOTAL DE GENERACIÓN (cUS$/ kWh) 10.64
COSTO TOTAL DE GENERACIÓN (cS/. kWh) 36.38
Los resultados encontrados son los siguientes:
San Juan de
Descripción Marcona 450
kW
Costo de Generación en cUS$/kWh 10.64
Costo de Generación en cS/.kWh 36.38
10.3 Proyección Técnico-Económica del Proyecto Piloto
Los siguientes escenarios presenta dos alternativas, el primero referente la Central Eólica de
Marcona sin funcionamiento (Tabla 7) y la Central en operación (Tabla 8); se presenta
ambos escenarios a fin de contar con un amplio panorama de las condiciones actuales a fin
de proceder al reinicio de las operaciones comerciales.
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10. Gerencia de Comercialización y Sistemas
Tabla 7. Representa la Central Eólica en reserva, se considera gastos de operación, seguros ,
depreciación, sin embargo, no es recomendable abandonar estas instalaciones de propiedad
de ADINELSA, por lo que, es necesario efectuar mantenimiento básico, es decir, vigilancia,
revisión del giro de las aspas, lubricación mantenimiento de la línea de interconexión
eléctrica de 34.5 kV y mantenimiento anticorrosivo en el periodo 2004-2008 por estas
labores se estima un monto de S/.567,709.00.
El periodo 2004-2008 de la Tabla 8, se estima un ingreso neto a favor de ADINELSA de S/.
14,013.59, esta cifra proyectada se ha obtenido de acuerdo a los datos históricos de
operación, se ha considerado los gastos por operación, seguros, depreciación, vigilancia,
mantenimiento correctivo y tratamiento anticorrosivo a cargo de ADINELSA.
Referente a la comercialización de la energía, se ha efectuado conversaciones preliminares
con el Municipio de San Juan de Marcona para este fin a través de la red eléctrica de la
empresa Shougesa, en cuanto se de las condiciones de operación continua de la Central
Eólica San Juan de Marcona.
Tabla 10: Proyecciones Económicas de la Central de Marcona sin funcionar
2004 2005 2006 2007 2008 TOTAL
1.-Producción de Energía
(kWh)11
2.-Ingresos por Generación (S/.)
3.-Costos de Operación y
87,709. 120,000 120,000 120,000 120,000 567,709
Mantenimiento (S/.)
4.-Ingreso neto a ADINELSA
-120,000 -120000 -120000 -120000 -120000 -567,709.
(S/.)
Esta cifra es debido a los gastos que se debe efectuar necesariamente, aún estando parado, no
es factible dejar de efectuar trabajos de protección contra la corrosión tanto en la Central
Eólica así como en el transformador de potencia, mantenimiento a la línea de interconexión
34.5 kV, si no se llevara a efecto esta actividad, el punto de conexión con la línea de
propiedad de la empresa minera de Shougang se tendrían que aperturar el seccionador para
no perjudicar el aislamiento integral y esto provocaría el deterioro de los contactos de
nuestro seccionador de potencia y como consecuencia el equipo; asimismo, la turbina debe
estar en movimiento en vació a fin de proteger los engranajes mediante la lubricación y
cambio periódico de grasa y lubricante.
14242
11
Escenario de la Central sin operar.
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11. Gerencia de Comercialización y Sistemas
Tabla 8: Proyecciones Económicas de la Central de Marcona en funcionamiento
2004 2005 2006 2007 2008 TOTAL
1.-Producción de Energía (kWh)12 1322,097 1322,097 1322,097 1322,097 5,288,387
2.-Ingresos por Generación (S/.) 145,430 145,430 145,430 145,430 581,723
3.-Costos de Operación y
87,709 120000 120000 120000 120000 567,709
Mantenimiento (S/.)
4.-Ingreso neto a ADINELSA
-87709 25430.6 25430.6 25430.6 25430.6 14,013.59
(S/.)
10.4 Evaluación Económica
Los proyectos que administra ADINELSA, deben tener un tratamiento mediante el cual
no solamente debe verse la Evaluación Social sino fundamentalmente la Evaluación
Económica por ser ADINELSA empresa de servicio público con derecho privado,
motivo por el cual, en cada proyecto debe ser considerado el costo de inversión
registrados el los libros de la empresa y como consecuencia
El siguiente muestra la información registrada de los costos de la infraestructura eléctrica
y los resultados promedios de generación de energía eléctrica.
MARCONA
Costo de la Central 569 868.00US$
Eólica
Costo Unitario 1 266.00 US$/ Kw
Energía promedio 110.2 MWh
mensual
Costo de O & M 5.0 cent US$/kWh
Los parámetros asumidos para la evaluación económica son las siguientes:
Tarifa en barra en subestaciones base de Marcona
Inversión del proyecto ( transporte, montaje y puesta en operación)
Energía real de salida del generador
Vida útil de 20 años
Tasa de descuento de 12 %
Tasa de interés durante la construcción 8%
Factor de Capacidad de la central de acuerdo a los datos históricos
Horas de funcionamiento anual promedio
Para el análisis del Valor Actual Neto (VAN) se han utilizado tres escenarios.
Escenario 1.- Asumiendo la inversión inicial hecha en el proyecto y realizando el análisis
para los 20 años de vida del proyecto.
14343
12
A la fecha no está generando energía eléctrica, las cifras son las proyecciones promedio de la energía que generó la
Central desde 1999 y que puede cumplir en condiciones normales.
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12. Gerencia de Comercialización y Sistemas
Escenario 2.- Asumiendo que los aerogeneradores ya vienen trabajando por mas de 6 años,
por lo que es necesario asumir la depreciación resultado de su uso.
Escenario 3.- Asumiendo a los equipos como un costo hundido, es decir asignando un valor
de los equipos igual a cero.
Tabla 11: Análisis de Escenarios para cálculo de VAN
Marcona
450 kW
Escenario 1 VAN asumiendo costo total de los equipos -611,870
Escenario 2 VAN asumiendo depreciación de los
equipos
-387,690
Escenario 3 VAN asumiendo costo del los equipos
iguales a cero
-8,210
11. Bosque Eólico en San Juan de Marcona
Los bosques eólicos, están constituidos por un conjunto de aerogeneradores ubicados en un
determinado área cuya suma total representa la potencia instalada, la uniformidad de la
velocidad del viento dependerá de la característica del terreno, la geografía de Malabrigo y
San Juan de Marcona son muy parecidos del tipo eriazo, los registros de velocidad del
viento sirven para estimar el potencial eólico del lugar. las extensiones de terreno que se
cuenta las potencias aproximadas serían para San Juan de Marcona 100 MW
11.1 Potencial Eólico
Uno de los modelos matemáticos que semeja el comportamiento del viento de ambos
lugares, es la función de Weibull.
( k-1 ) k
ƒ(v)=(k/C).(v/C) .exp(-(v/C) )
Donde:
ƒ(v) = función de Weibull en %
C =Parámetro de forma en m/s
k =Parámetro de escala
Los parámetros C y k se determina mediante cálculos estadísticos tomando como base los
registros de la velocidad del viento v.
Los valores encontrados13 son C = 11.81 m/s , k =2.66 y v = 10.88 m/s
Los potenciales energéticos que se puede extraer del viento, se han calculado de acuerdo a
la siguiente relación:
14444
13
Los resultados encontrados de C y k es el promedio de dos evaluaciones proyectadas a 55 m, el primero resultado
de la evaluación anemológica efectuada antes de instalar el aerogenerador en el año 1995 y el segundo, los resultados
registrados por el sistema de monitoreo de la central eólica de 450 kW de Marcona desde el año 1999 a la fecha
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13. Gerencia de Comercialización y Sistemas
E = ƒ(v) x (horas) x (Potencia de la Turbina) x Nº de Turbinas
Donde:
E = en kWh
Potencia de la turbina en kW
Los valores de energía ( E ) son afectados por factores de pérdidas y utilización, los
resultados se aproximan a la energía real de salida.
La disposición de las turbinas en el terreno dependerá del diseño de la disposición de las
turbinas en el plano del bosque eólico, sin embargo, como información de base, la
configuración del terrenos es del tipo arenoso y cuyo parámetro de rugosidad (Zo (m) ) se
estima entre 10-4 a 10-3 m.
11.2 Resultados del Potencial del Bosque Eólico
Los resultados obtenidos de los parámetros de los bosques eólicos fue en base a la data de
los registros de viento en ambas Centrales, además, se ha tomado como referencia de
cálculo, un aerogenerador de 750 kW (unidad comercial), obteniéndose los siguientes
resultados:
MARCONA
Potencia instalada 100MW
Periodo de evaluación anemológica 5 años
Velocidad media a 55 m (proyectada) 10.88 m/s
Número de aerogeneradores 133 unidades
Energía máxima extraíble del viento 1327 GWh
Energía real de salida 375.76 GWh
Costo estimado del bosque eólico 107 000 000,0 US$
Costo unitario 1 070,0 US$/Kw
De ejecutarse estos proyectos bajo las condiciones actuales de Mercado se obtendrían
ingresos adicionales por la reducción de emisiones de Dióxido de Carbono (CO2) a la
atmósfera, estos ingresos a los precios actuales del mercado hacen que los proyectos sean
más atractivos. Los ingresos por reducción de emisiones por cada proyecto se presentan en
la siguiente Tabla.
Tabla 11: Ingresos por venta de CO2
MARCONA
Reducción de Emisiones de CO2, en toneladas 214,188
Precio de US$7/ton CO2 US$ 1’499,319
Precio de US$10 /ton CO2 US$ 2’141,885
Sin embargo a pesar de los posibles ingresos por el mercado de carbono, la rentabilidad de
los proyectos aun es baja. Para que el proyecto sea rentable se necesitan tarifas superiores a
las actuales. En el caso del bosque eólico de Marcona es rentable con tarifas a partir de los
JOVS-Evaluación Técnica Centrales Eólicas de Malabrigo y Marcona 45

14. Gerencia de Comercialización y Sistemas
3,5 ctvos US$/ kWh. Estas tarifas por ser mas altas que las actuales existentes en el
mercado eléctrico sería consideradas Premium. Sin embargo podrían ser fácilmente
alcanzables en condiciones del mercado por la crisis energética y un adecuada promoción
de incentivos.
Tabla 12: VAN para tarifas Premium por energía eólica
MARCONA
Tarifa de 3.5 ctvos US$/kWh VAN = 3,933 (TIR=13%)
Tarifa de 4 0 ctvosUS$/kWh VAN = 18,141 (TIR=15%)
Tarifa de 5,5 ctvosUS$/kWh VAN = 60,764 (TIR=24%)
Tarifa de 6.0 ctvos US$/kWh VAN = 74,972 (TIR=26%)
Como se ve las tarifas actuales (de alrededor de 3 ctvos US$/kWh) no hacen viable este
tipo de proyectos aun. Por tal motivo es necesario contar con algún incentivo o subsidio
que favorezca la inversión en estos proyectos. Es importante mencionar la experiencia
europea que otorga precios superiores a aquellos generadores que produzcan energía con
viento, motivo por el cual Alemania posee más de 17,000 MW de potencia instalada en
proyectos eólicos y España tenga alrededor de 6000MW.
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