Desarrollo de un sistema integrado para el pronóstico de caudales en cuencas de montaña para la operación de centrales hidroeléctricas

Transcripción

1 Desarrollo de un sistema integrado para el pronóstico de caudales en cuencas de montaña para la operación de centrales hidroeléctricas Lina Castro 1,2 Bonifacio Fernández 2 Francisco Suarez 2 Tamara Maass 2 (1) Pontificia Universidad Católica de Valparíso (2) Pontificia Universidad Católica de Chile XXVII Congreso Latinoamericano de Hidráulica, Lima 216 1

2 Índice Problema y oportunidad Objetivo Metodología y resultados Conclusiones 2

3 Problema y oportunidad 3

4 Sistema usado en Chile Sistema Interconectado Central 4

5 Streamflow (m 3 /s) Sistema usado actualmente Cuencas pequeñas, montañosas Modelos estadísticas 25 2 Q = f (P, RN) Forec_Aug Forec_Oct Forec_Dec Forec_Feb Forec_Sep Forec_Nov Forec_Jan Obs. Operación de las centrales hidroeléctricas (CDEC-SIC) 15 Estaciones meteorológicas Octuber November December January February March Week 5

6 Objetivo Desarrollar un sistema integrado para el pronóstico de caudales a corto y mediano plazo con fines operativos en cuencas de montaña que sea usado en tiempo real para optimizar el uso de recursos hídricos Componentes y objetivos específicos EG1: Modelo hidrológico EG2: Red de monitoreo en RT EG3: incorporar imagenes y pronósticos meteorológicos Plataforma web para operar el sistema en tiempo real 6

7 Sistema Propuesto Pronósticos meteorológicos Configurar las cuencas Validad y calibrar las cuencas S.DE PRONOSTICO OPERACIONAL Pronóstico hidrológico SIMULACIÓN & CALIBRACIÓN Asimilación Datos en tiempo real Imágenes satelitales Caudal observado 7

8 Chile Zona de aplicación Sistema de energía P3. Afluente Laguna Invernada (INV) Area: 868 km2 P2. Captación alto polcura (CAP) Area: 239km2 8

9 Metodología y resultados 9

10 OE1. Implementar un Modelo de base física Cuencas: Lag.Invernada y Alto Polcura Recolección datos meteorológicos Actualización, simulación y Pronóstico con asimilación calibración y calibración OE2. Captura y trasmisión de datos en TR de forma remota Selección y compra de equipos Selección sitios de Desarrollo sistemas de Instalación de interés trasmisión sensores Variables Adquisición datos en TR Prec. Temp. HR SWE Prof.Nieve Rad. Viento OE3. Recopilar información satelital y pronóstico meteorológico Sensores remotos Modelo de pronóstico meteorológico DEM Usos del suelo LAI Albedo SCA CFSv2 Datos históricos OE4. Plataforma web para la operación

11 EG1. To implement a hydrological model Basin Settings Collection of meteorological data Update, simulation and calibration Forecast with assimilation and calibration EG2. Capture and transmission of data remotely in real time Selection and purchase of sensors Selecting monitoring sites Development transmission system Installation of sensors Data acquisition in RT Variables Rainfall Temp. RH SWE Snow Depth Rad. Wind EG3. Embedding images and weather forecasts Remote Sensing Weather forecast model DEM Land cover LAI Albedo SCA CFSv2 Historical data EG4. Web page for operation in real time

12 EG1: Modelo hidrológico Del Modelo Digital de Elevación de terreno(usgs): Grilla Elevación Orientación Pendiente Dir.Flujo Ac. Flujo INV Modelo hidrológico distribuido SFM-PUC Función Objetivo Source: vandmodel CAP Cobertura Imagen Landsat Imágenes Satelitales Leaf area index (LAI) MOD15A2 - MYD15A2 Snow Cover Area (SCA) MOD1A2 y MYD1A sf 1 SCA OF NSC NSC Inf. dinámica Caudal observado SCA observada con imágenes 11

13 mar-12 jun-12 sep-12 dic-12 mar-13 jun-13 sep-13 dic-13 mar-14 jun-14 sep-14 dic-14 mar-15 SCA mar-12 jun-12 sep-12 dic-12 mar-13 jun-13 sep-13 dic-13 mar-14 jun-14 sep-14 dic-14 mar-15 Caudal (m3/s) Precip. (mm) Calibración CAP Modelo (Q + SCA) Prec.(mm) Qobs Qsim

14 ago-11 sep-11 oct-11 nov-11 dic-11 ene-12 feb-12 mar-12 abr-12 may-12 jun-12 jul-12 ago-12 sep-12 oct-12 nov-12 dic-12 ene-13 feb-13 mar-13 abr-13 may-13 jun-13 jul-13 ago-13 sep-13 oct-13 nov-13 dic-13 ene-14 feb-14 mar-14 abr-14 may-14 jun-14 jul-14 ago-14 sep-14 oct-14 nov-14 dic-14 ene-15 feb-15 mar-15 SCA Caudal (m3/s) Precip. (mm) Calibration INV Modelo (Q + SCA) Prec.(mm) Qobs Qsim ago-11 nov-11 feb-12 may-12 ago-12 nov-12 feb-13 may-13 ago-13 nov-13 feb-14 may-14 ago-14 nov-14 feb

15 EG2: Monitoreo en tiempo real CAP CAP INV INV Quemazones Cipreses Abanico 15

16 Bocatoma Invernada Cipreses Latina

17 Alto Polcura Quemazones Abanico Latina

18 EG3: Incorporación de imágenes y pronósticos meteorológicos Pronósticos precip. Pronósticos temp. Modelo hidrológico Pronósticos hidrológicos Operación en TR Corrección de sesgo y desagregación espacial Método Quantile Mapping (QM) 16

19 Corrección de sesgo y desagregación espacial Estaciones meteorológicas Recolección de inf. Histórica Modelo climático CFS Modelo estadístico para la corrección del sesgo y desagregación Aplicación Evaluación del pronóstico Evaluación estadística Pronósticos Ajuste APo Ajuste APb Modelo para corrección del sesgo y desagregación espacial Validación 17

20 Grilla de pronóstico modelo GFSv2 Estaciones de meteorológicas

21 Precipitación (mm) Probabilidad Precipitación Acum por periodo (mm) Precipitación (mm) Probabilidad Precipitación Acum por periodo (mm) Precipitación (mm) Probabilidad Precipitación Acum por periodo (mm) Análisis de pronósticos en una estación meteorológica Armerillo - Maule Obs Pron_aleatorio Prob de lluvia Pronostico Junio Obs días 1días Junio Julio Agosto Obs Pron Julio Pron Pasado Prob de lluvia Pronostico Julio Obs días 1días Julio Agosto Septiembre Obs Pron Ago Pron Pasado Prob de lluvia Pronostico Agosto Obs días 1días Agosto Septiembre Octubre

22 Diferencia porcentual (%) Días de precipitación en 3 meses Análisis de pronósticos en una estación meteorológica Armerillo - Maule Jun Jul Ago Pronostico Obs -2 5días 1días 1er Mes 2do Mes 3er Mes Periodo pronosticado Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Mes de pronóstico

23 Cipreses 968 m Precipitación Temperatura

24 HITO 3: Esquema de pronóstico meteorológico. Abanico 811 m

25 Pronósticos Estaciones Fondef Correlación con Estaciones Endesa y t = a + b x t + 1 ρ 2.5 S y t Bocatoma Invernada Cipreses Latina Precipitación Temperatura Máxima Temperatura Mínima

26 Pronósticos Estaciones Fondef Correlación con Estaciones Endesa y t = a + b x t + 1 ρ 2.5 S y t Alto Polcura Abanico Latina Precipitación Temperatura Máxima Temperatura Mínima

27 Pronóstico Temporada Sep215- Mar216 27

28 Pronósticos INV Ver216 Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo 19

29 Pronósticos CAP Ver 216 Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo 2

30 Caudal Medio Mensual (m3/s) Caudal Medio Mensual (m3/s) 6 5 Afluente Laguna Invernada OCT NOV DIC ENE FEB MAR Canal Alto Polcura Pron CDEC-SIC Pron Pasado Obs OCT NOV DIC ENE FEB MAR

31 Vol. Promedio (Oct-Feb) (m 3 x1 6 s) Vol. Promedio (Oct-Feb) (m 3 /s) Afluente Laguna La Invernada 25 Afluente Laguna Invernada Canal Alto Polcura 2 VOLUMEN PROMEDIO (OCT-FEB) m3/s - mes Porcentaje de m3 x 1^6 cambio Pron CDEC-SIC 217,7 567,9,4 Pron 24,2 532,9-5,8 Observado 216,8 565, Pron CDEC-SIC Pron Pasado Obs Canal Alto Polcura 6 5 Afluente Laguna Invernada Canal Alto Polcura VOLUMEN PROMEDIO (OCT-FEB) m3/s - mes Porcentaje de m3 x 1^6 cambio Pron CDEC-SIC 47,4 123,8-3,6 Pron 54,7 142,7 11,1 Observado 49,2 128, Series1 Pron Pasado Obs

32 Plataforma web 32

33 HITO 4: Sistema de pronóstico en plataforma web

34 Desarrollo de un sistema integrado para el pronóstico de caudales en cuencas de montaña para la operación de centrales hidroeléctricas Lina Castro 1 Bonifacio Fernández 2 Francisco Suarez 2 Tamara Maass 2 (1) Pontificia Universidad Católica de Valparíso (2) Pontificia Universidad Católica de Chile XXVII Congreso Latinoamericano de Hidráulica, Lima