FASE 2 CRITERIOS DE DESPACHO DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALTO GRANDE Y DEL COMPENSADOR SALTO GRANDE

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1 "DESARROLLO REGIONALY MEJORA DE LA NAVEGABILIDAD DEL RIO URUGUAY" FASE 2 OBRAS CIVILES Y ELECTROMECÁNICAS CRITERIOS DE DESPACHO DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALTO GRANDE Y DEL COMPENSADOR SALTO GRANDE ING. ROBERTO J. NORES Proyecto N ASR/B7-3100/IB/98/0143 TEC INC 3 VER 3 Septiembre 2003

2 CRITERIOS DE DESPACHO DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALTO GRANDE Y DEL COMPENSADOR SALTO GRANDE 1. Introducción Aspectos Hidrológicos: Beneficios por Generación: Criterios de Despacho Caso Base - Central Hidroeléctrica Salto Grande sin Compensador Sistema con Compensador Central Hidroeléctrica Salto Grande Central Hidroeléctrica Compensador Metodología de Simulación Modelo Hidrodinámico - Situación Actual Modelo Hidrodinámico con Obras Resumen de los Casos de Operación a Analizar con el Modelo MIKE Metodología para el Cálculo de la Energía Media Anual Central Hidroeléctrica Salto Grande Central Hidroeléctrica Compensador Salto Grande... 9 Página 2/10 Septiembre 2003

3 CRITERIOS DE DESPACHO DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALTO GRANDE Y DEL COMPENSADOR SALTO GRANDE 1. Introducción En fecha 08/04/03, en las oficinas del proyecto de Paysandú, se realizó reunión sobre el tema Criterios de Despacho de la Central Hidroeléctrica Salto Grande y del Compensador Salto Grande con el objeto de dejar establecido un primer criterio a los efectos de realizar las evaluaciones hidráulicas y energéticas de la operación conjunta del sistema integrado por ambas centrales. En esa oportunidad participaron los ingenieros Joubanoba y Bobillo por parte de Comisión Técnica Mixta de Salto Grande y los ingenieros Thareau y Nores por el proyecto. Se emitió la revisión 0 del informe para comentarios y se solicitó al Dpto de Hidrología de la CTM Salto Grande nuevos hidrogramas típicos de despacho de la Central Hidroeléctrica Salto Grande para complementar la información disponible. Recibida la nueva información se emitió la revisión 1 del informe incluyendo los nuevos hidrogramas. Posteriormente se recibieron comentarios de los Ings. Bobillo, Joubanoba y Zamanillo, los cuales fueron considerados para la revisión 2 del informe. La revisión 3 es una adecuación emitida para el Informe Final. 2. Aspectos Hidrológicos: El río Uruguay tiene una larga e importante serie de registros en diversas estaciones hidrométricas y de aforos. Las estaciones más representativa para efectuar los estudios de simulación de operación de las centrales hidroeléctricas, Salto Grande y Compensador, son la estación Concordia (Km 329), que se encuentra agua abajo de la CH Salto Grande (Km 346.2) y, después de 1980 la Central Hidroeléctrica Salto Grande. A los efectos del presente estudio, se utilizará la serie de caudales medios diarios del período , correspondiente a 50 años de registro, lo cual es congruente con los criterios de CAMMESA. Entre el 01/01/1951 al 30/04/1980 se emplearán los datos de la estación Concordia, mientras que a partir de esa fecha se usará la información de la CH Salto Grande. Se contó para este estudio con el archivo CONQ.xls correspondiente a la estación Concordia y con el archivo Caudal Erogado SGc.xls, suministrados por el Departamento de Hidrología de Salto Grande. Ambos constan de una hoja de cálculo que contiene una matriz de 2 columnas, una con la fecha del valor y otra con el caudal medio diario correspondiente A partir de estos archivos se ha procesado la información obteniéndose, en primer lugar, la misma información, es decir los caudales medios diarios, pero organizada por Página 3/10 Septiembre 2003

4 medio de matrices para cada año, con filas correspondientes a cada mes del año y en las columnas los valores correspondientes a cada día del mes. En las mismas planillas se han determinado los caudales medios mensuales, el caudal medio anual y los valores medios, máximos y mínimos de los caudales medios diarios. En el Anexo 1 Río Uruguay Estación Concordia - Caudales Medios Diarios Período , se reproducen los valores indicados. También se ha procesado la información mencionada obteniéndose la Tabla 1 de los caudales medios mensuales del mismo registro y período. También se incluyen en la misma tabla, para cada año, el caudal medio, el máximo y el mínimo medio diario. Conforme a las determinaciones realizadas se obtuvieron los siguientes valores: Caudal medio : m3/s Caudal máximo medio diario : m3/s Caudal mínimo medio diario : m3/s Realizando un análisis de frecuencia de los caudales medios diarios, se obtienen los valores indicados en la Tabla 2. En el Gráfico Nº 1 se representa la curva de frecuencia para el período Para los cálculos energéticos, no se considerarán aportes entre Salto Grande y el compensador. Para el diseño de las obras de alivio del dique compensador, presa móvil y vertedero, se emplearán los siguientes crecidas y los siguientes criterios de operación: Crecida de Proyecto : Crecida Máxima Probable con Qmax= m3/s. En este valor está considerado el aporte de la cuenca intermedia. Se asume que todos los órganos de evacuación de crecidas se encuentran en operación. Crecida de Verificación : Crecida Milenaria con 3 compuertas fuera de servicio. 3. Beneficios por Generación: Los beneficios de la generación hidroeléctrica se suelen medir por medio de dos conceptos en una fórmula binómica, la energía media anual generada por la central y la potencia garantizada. El beneficio por energía media anual, tiene el concepto de la economía en combustible que se logra en las centrales térmicas, mientras que el beneficio por potencia garantizada refleja los costos anuales de inversión de una central, térmica o hidroeléctrica, con una potencia igual a la garantizada de la central en estudio. La potencia garantizada se define a partir de la energía garantizada el 95% del tiempo. Para entregar esa energía la central debe trabajar un determinado número de horas por día a la potencia garantizada y en el resto de las horas, generar la energía mínima posible conforme a las necesidades aguas abajo, sea por agua potable o por navegación, la que demande mas caudal. Considerando que con la potencia garantizada se opera solamente en la punta, debe definirse el número de horas con Página 4/10 Septiembre 2003

5 esa operación y considerar las rampas de ascenso y descenso de toma de carga de la central equivalente a un incremento de caudales de 5300 m3/s / hora. Considerando la situación actual de los precios de la energía y valores de potencia que actualmente se pagan en el Mercado Spot, la evolución de esos precios en el mercado mayorista desde su creación hasta la fecha y la expectativa o aspiraciones de los productores y distribuidores de energía con respecto a la futura evolución de los precios del Mercado Spot, resulta difícil hacer una precisa estimación de esos valores. Para la Fase 2 del estudio, se considerarán los beneficios por generación hidroeléctrica por medio de la energía media anual. Se adopta para el precio de la energía un valor de U$S 25/MWh. En este valor están incluido los conceptos que se pagan en el mercado eléctrico por la venta de energía y de potencia antes de la crisis de diciembre de Criterios de Despacho Los criterios de despacho que se indican a continuación, tiene por objeto establecer la forma que se operarán las centrales una vez construido el compensador a los efectos que, posteriormente, se puedan comparar los beneficios que se obtienen con respecto al caso base, es decir la condición actual de la CH Salto Grande Caso Base - Central Hidroeléctrica Salto Grande sin Compensador. La central hidroeléctrica de Salto Grande puede operarse de diferentes maneras conforme a las demandas de los sistemas interconectados de Uruguay y Argentina. De esta manera existe una forma típica de operación actual de la central, suministrada por el Departamento de Hidrología de Salto Grande, la cual corresponde a los hidrogramas de operación históricos, que son valores medios de los registros de la operación real de la Central Salto Grande. En la Tabla Nº 3 se transcriben los hidrogramas típicos disponibles para diversos caudales medios diarios. Se considerará también una forma de despacho en punta para tener en consideración un despacho extremo, representado a través de los hidrogramas severos. Estos hidrogramas se transcriben en la Tabla Nº Sistema con Compensador Central Hidroeléctrica Salto Grande Se despachará con los mismos hidrogramas de carga que en el caso sin compensador, a los efectos de tener resultados para efectuar una comparación objetiva para cada forma de despacho. Página 5/10 Septiembre 2003

6 Central Hidroeléctrica Compensador Se asume que en la central del compensador se turbina un caudal uniforme igual al caudal medio diario erogado por la CH Salto Grande, permitiendo la oscilación del nivel del embalse, de modo que en ningún caso el nivel de agua se encuentre por debajo de la cota 8.00, 8.75 o 9.50 ni que la oscilación del embalse produzca situaciones inaceptables desde el punto de vista ambiental o de la navegación. 5. Metodología de Simulación 5.1. Modelo Hidrodinámico - Situación Actual El modelo a emplear en los estudios de la Fase 2, es el modelo del río Uruguay montado sobre el programa MIKE 11. Durante el desarrollo de la Fase 1 se completó el modelo del río Uruguay de CARU, con información complementaria topográfica e hidráulica para contemplar las necesidades del estudio. Primero se adicionaron las secciones ubicadas agua arriba de Salto - Concordia hasta la Presa de Salto Grande. Esta información fue suministrada por el Dpto de Hidrología de la CTM. También se completó el modelo con la información obtenida durante los relevamientos batimétricos efectuados durante las campañas de terreno realizadas durante la Fase 1 del proyecto. Esta información corresponde a la zona de las restingas rocosas ubicadas entre Salto Concordia y Hervidero, como así también a la información relevada en los sitios de emplazamiento del futuro dique compensador. Este modelo se calibró tanto para aguas altas como para el estiaje de diciembre de 1999 a marzo de A los efectos de tener el caso 0 o de referencia, se efectuarán corridas con el modelo hidrodinámico actual, para caudales uniformes, para los hidrogramas de operación típicos y para los hidrogramas de operación severos. Con estas corridas se obtendrán variaciones de los niveles de agua, de las velocidades e hidrogramas con paso de tiempo horario en todas las secciones del modelo. Para el proyecto de las obras de navegación y del compensador de Salto Grande, es de fundamental importancia tener bien calibrada las curvas de alturas caudales en las secciones de los futuros compensadores, en la sección de la descarga del Ayuí Grande y en todas las secciones en la zona del Salto Chico. En la Fase 2 del Proyecto se efectuaron observaciones puntuales de niveles de agua en los lugares mencionados, pero la cantidad de observaciones no fue suficiente como para asegurar la correcta operación de los modelos en toda la gama de caudales Modelo Hidrodinámico con Obras El modelo es el mismo que el hidrodinámico sin obra, incluyendo presas y centrales hidroeléctricas en las secciones de Los Monigotes y Pepeají, alternativamente. Inicialmente los estudios se efectuarán con niveles mínimos de embalse de operación normal iguales a 8. Se analizarán las variaciones de niveles en las secciones de interés Página 6/10 Septiembre 2003

7 para los hidrogramas de despacho de la central Salto Grande severos correspondientes a diversos caudales medios diarios. Para el compensador se asumirá inicialmente un caudal turbinado uniforme igual al caudal medio diario. Bajo estas condiciones, en nivel de embalse oscilará en el compensador debido a la operación preferente en punta de Salto Grande y a la operación en base del compensador. Se verificará que en ningún caso la cota en el Salto Chico se encuentre por debajo de la cota mínima que se defina para la navegación sobre la restinga. Para los diversos caudales medios diarios analizados, se obtendrán los niveles horarios en la restitución de Salto Grande y en las secciones agua arriba y agua abajo del compensador Resumen de los Casos de Operación a Analizar con el Modelo MIKE 11 Modelo 1 : Río Uruguay Actual condiciones actuales Modelo 2 : Río Uruguay + Obras de Navegación + Obras de Dragado y Derrocado mismas secciones y con los mismos hidrogramas de operación de Salto Grande para el río con obras de navegación By-Pass en Salto Chico y con proyecto de dragado y derrocado. Modelo 3 : Río Uruguay con Compensador de Salto Grande en Los Monigotes con NMON 8 siguientes secciones para el río con dique compensador con nivel de embalse 8 en Los Monigotes: Restitución de Salto Grande Descarga Arroyo Ayuí Grande Area de influencia del Salto Chico ( 5 km ) Escalas de Salto y Concordia Secciones críticas en las restingas rocosas desde Concordia hasta Hervidero Puerto Yeruá Sección Los Monigotes Sección Parque El Palmar Sección Pepeají Página 7/10 Septiembre 2003

8 Hidrogramas de estudio : Operaciones en Punta de la CH Salto Grande Qmdiario : 600 m3/s Qmdiario : 1000 m3/s Qmdiario : 1500 m3/s Qmdiario : 2000 m3/s Qmdiario : 3000 m3/s Qmdiario : 4000 m3/s Qmdiario : 6000 m3/s Qmdiario : 7000 m3/s Qmdiario : 8000 m3/s Qmdiario : m3/s Qmdiario : m3/s Crec Rec : 10 años Crec Rec : 25 años Crec Rec : 50 años Crec Rec : 100 años Crec Rec : 1000 años Crec Rec : Máxima Probable Condiciones de operación del Compensador Los Monigotes a definir: Central con Caudal Uniforme Central con Caudal Variable Presa Móvil con diferentes anchos y niveles de Umbral Modelo 4 : Río Uruguay con Compensador de Salto Grande en Pepeají con NMON 8.00 mismas secciones y con los mismos criterios establecidos para el Modelo 3 pero con nivel de embalse 8.00 en Pepeají. Modelo 5 : Río Uruguay con Compensador de Salto Grande en Los Monigotes o Pepají con NMON 8.75 mismas secciones y con los mismos criterios establecidos para el Modelo 3 pero con nivel de embalse 8.75 en Los Monigotes o en Pepeají Página 8/10 Septiembre 2003

9 Modelo 6 : Río Uruguay con Compensador de Salto Grande en Los Monigotes o en Pepeají con NMON 9.50 mismas secciones y con los mismos criterios establecidos para el Modelo 3 pero con nivel de embalse 9.50 en Los Monigotes o en Pepeají. Modelo 7 : Río Uruguay con Compensador de Salto Grande en Construcción. mismas secciones establecidas para el Modelo 3 para el estudio de las distintas etapas de construcción, con hidrogramas similares a los del modelo Metodología para el Cálculo de la Energía Media Anual 6.1. Central Hidroeléctrica Salto Grande Para una serie de caudales medios diarios seleccionados, comprendidos entre 600 m3/s y 8000 m3/s, con un despacho hidráulico horario respondiendo a los hidrogramas típicos y severos, se determinará la energía diaria generada. Para los cálculos energéticos, se asumirá un nivel de embalse constante e igual a 35, independientemente del caudal aportado o turbinado. A partir de los modelos hidrodinámicos, se conocerán para los diversos hidrogramas seleccionados los niveles horarios en la restitución. Con esta información, se calculará la potencia en cada hora en función del caudal turbinado, del salto bruto y del rendimiento de las máquinas (turbina-generador). Se integrarán los valores de la potencia horaria obteniéndose la energía diaria generada para cada caudal medio diario. Para caudales mayores a 8400 m3/s, se asume que el caudal medio diario es uniforme. Consecuentemente el nivel de restitución y el salto también lo son. En este caso la potencia de cada máquina se calcula con las expresiones entregadas por la CTM Salto Grande que consideran en determinados casos operación con sobrecarga. Luego partiendo de la curva de frecuencia de caudales medios diarios y, conociendo la generación media diaria para los diversos caudales medios diarios, se determinará la energía media anual. También se efectuarán estudios de simulación de operación de embalse a paso diario Central Hidroeléctrica Compensador Salto Grande Se procederá en forma similar que en la CH Salto Grande. A partir de los niveles de embalse y restitución, como así también de caudales turbinados horarios determinados por el modelo hidrodinámico, se calculará la potencia Página 9/10 Septiembre 2003

10 en cada hora en función del salto bruto, del caudal turbinado y del rendimiento de las máquinas para cada caudal medio diario aportado por el río. Con estos valores de potencia se calculará la energía diaria generada para cada caudal medio diario en el río. Se establecerán, preliminarmente, los rangos de operación de las máquinas, estableciéndose especialmente los mínimos técnicos, de saltos y caudales, conforme los lineamientos establecidos para estos tipos de grupo en los Civil Engineering Guidelines for Planning and Designing Hydroelectric Developments, de la American Society of Civil Engineers. Según este manual estos valores se relacionan de la siguiente manera: Caudal mínimo / Caudal nominal = 0,35 Salto mínimo / Salto Máximo = 0,33 A partir de la curva de frecuencia de caudales medios diarios y los valores de energía determinados y con los rangos de caudales de operación de la central hidroeléctrica, se determinará la energía media anual generada por el compensador. También se efectuarán estudios de simulación de operación de embalse a paso diario. Página 10/10 Septiembre 2003