Modelación de la operación de un sistema hidroeléctrico en serie, caso del embalse Arenal, Costa Rica

Abstract

El trabajo consistió en modelar con el programa HEC-5 la operación histórica y la recuperación del nivel útil, para el embalse Arenal. Se analizó primero el embalse en forma aislada y luego como parte de un sistema en serie. Además, se realizó una calibración del modelo y un análisis de optimización de la relación volumen-energía. Las variables de entrada utilizadas en los diferentes procesos de modelación con HEC-5 son: -Variables energéticas: niveles máximo y mínimo de los embalses, demanda mensual de energía y eficiencia de las plantas. -Variables físicas del sistema: curvas área - volumen - altura del embalse, capacidad de salida de las obras de excedencia, nivel de desfogue y secuencia de los embalses. -Variables hidrometeorológicas: caudales afluentes, precipitación y evaporación en forma mensual. Estas variables fueron ingresadas al programa HEC-5 de acuerdo a la estructura de entrada del mismo, el cual simula una transformación de energía hidráulica en energía eléctrica. La modelación histórica para el embalse Arenal en forma aisalda y operando en el sistema se realizó bajo la restricción de conseguir la energía óptima y el nivel mínimo una sola vez durante el período de análisis (13 años), denominándose este rendimiento como Producción firme. El resultado obtenido modelando el embalse en forma aislada, demostró que el valor promedio de la Producción firme es muy semejante al promedio de la Producción real, generada por el ICE, con una diferencia del 1,4 por ciento. Sin embargo el análisis también demostró que en los primeros ocho años hubo una subutilización y en los siguientes cinco años una sobreProducción, lo cual condujo a una significativa reducción en los niveles de almacenamiento del embalse. Por otra parte, modelando el sistema en serie, la diferencia entre generaciones promedio es más significativa, alcanzando un 10,4 por ciento entre la simulada y la real. Para la recuperación del nivel útil del embalse, operando en forma aislada y en serie, se establecieron seis escenarios de recuperación, bajo las restricciones de que la recuperación puede iniciarse cualquier mes del año y concluirse al final del período lluvioso, y que los períodos de recuperación están en función de la disminución de generación. En base a los resultados obtenidos desde el punto de vista técnico, el período de recuperación óptimo basado en la energía firme es de 42 meses, con una generación promedio mensual de 38704 MWH, y con una reducción del 26,4 por ciento con respecto a la Producción promedio del ICE. La última etapa de la modelación consistióen la optimización de la relación volumen - energía, con el objetivo de analizar la idoneidad de las dimensiones del embalse Arenal desde el punto de vista energético, para lo cual se estableció un rango de análisis de 40000 a 60000 MWH. Lo obtenido con este análisis indica una sobredimensión en la capacidad de almacenamiento del embalse. Sin embargo, este análisis de optimización no se considera suficiente debido, a la capacidad limitada del programa HEC-5 para optimizar la relación volumen - energía de un sistema en serie. En forma general se pudo verificar que el uso del programa HEC-5 puede mejorar el manejo y la operación de los embalses. En el presente estudio se pudo identificar una sobre y subutilización que se dio en el embalse Arenal, asimismo establecer el período de recuperación y finalmente obtener un diagnóstico preliminar de un posible sobredimensionamiento en la capacidad de almacenamiento del mismo.