Incorporación de consideraciones ambientales en la operación horaria del Embalse Rape

Abstract

Las centrales hidroeléctricas cubren aproximadamente un 44% de la potencia instalada del Sistema Interconectado Central (SIC), constituyendo una de las principales fuentes de generación eléctrica del país. La construcción y operación de centrales hidroeléctricas de embalse genera diversos impactos en los sistemas acuáticos. Dada la capacidad de regulación, el bajo costo de operación y la rápida respuesta que tienen frente a variaciones en la demanda energética, algunas de estas centrales presentan una operación concentrada en los horarios punta, o hydropeaking. Este tipo de operación genera alteraciones tanto en el régimen hidrológico como térmico aguas abajo. Este último efecto está relacionado con la operación sobre la estructura térmica del embalse. El objetivo principal de este trabajo es estudiar la alteración hidrológica y térmica de corto plazo en el embalse Rapel asociada a operaciones de hydropeaking. Se consideran tanto el esquema actual de operación como escenarios de restricciones de caudales mínimos turbinados (Qmín) y fluctuaciones máximas horarias de caudal turbinado (ΔQmáx). Los escenarios simulados se incorporaron a un modelo de pre despacho económico de carga, que resuelve el problema de coordinación hidrotérmica de corto plazo. A partir de este modelo se obtienen series temporales de caudales horarios que permiten calcular los Indicadores de Alteración Hidrológica Intradiaria (IAHI) y que a su vez son datos de entrada para el modelo numérico tridimensional que simula la hidrodinámica del embalse (CWR-ELCOM) y que permite determinar la estructura térmica del mismo. Los resultados del modelo CWR-ELCOM incluyen series de tiempo de las temperaturas del agua de salida del embalse, con las que se calculan Indicadores de Alteración Térmica Intradiaria (IATI). A partir de las series de tiempo horarias de caudales y temperaturas de salida se obtienen series diarias de IAHI e IATI, que luego dan lugar a curvas de duración. Los resultados muestran que las restricciones a la operación, tanto al aplicarse cada una por sí sola como en forma combinada, inducen un desplazamiento en las curvas de duración hacia valores menores de los indicadores en comparación con la operación sin restricción. Para analizar el efecto de cada restricción por si sola, se considera un periodo húmedo y uno seco, y en ambos se observa que mientras más limitada la operación, esto es mayores valores de Qmín o menores de ΔQmáx, las curvas de duración se desplazan más hacia el eje de las ordenadas. Para el periodo seco es más efectivo aplicar restricciones de Qmín, mientras que para el periodo húmedo resulta más efectivo limitar las fluctuaciones de caudales máximos horarios turbinados. Al combinar las restricciones se obtienen en todos los casos menores alteraciones que en el caso de aplicar restricciones por separado. Adicionalmente, se observa que en términos generales la restricción ΔQmáx es más efectiva que la de Qmín en términos de las curvas de duración de los IAHI. Los IATI siguen la misma tendencia que los IAHI, en donde los escenarios más restrictivos generan valores menores para los indicadores, con la diferencia que para los IATI las curvas de duración de los casos con restricciones, tanto por sí solas como combinadas, son similares a la obtenida del escenario sin restricciones. Adicionalmente, se observa que la restricción Qmín es la más efectiva en términos de desplazar las curvas de duración con respecto a operación sin restricciones, llegando incluso para valores altos de caudal mínimo a no ser relevante considerar además restricciones de fluctuaciones máximas horarias de caudales.