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3Revista CIER � Año XIV, Nº 47, Octubre - Noviembre - Diciembre 2005
Evaluación Energética de la Operación de la C. H. Tayucay (Venezuela)
RESUMENEl aprovechamiento hidroeléctrico Tayucay se encuen-
tra ubicado aguas arriba de las centrales del Bajo Caroní,que incluyen Guri, con una potencia instalada de 10.000MW, Macagua con 2.930 MW, Caruachi con 2.196 MWy Tocoma, actualmente en construcción, con 2.160 MW.Para Tayucay, en etapa de estudio, se han estimado2.450 MW, concebidos con un embalse a filo de agua.
Tayucay se localiza en una zona con figuras territoria-les que presentan regímenes especiales de conservación,como el parque nacional Canaima, cuya principal bellezaescénica se encuentra sobre el río Carrao.
Éste, afluente del Caroní, tiene su desembocadura 60km. aguas arriba del sitio de presa. La factibilidad am-biental del desarrollo está asociada a la premisa que
Evaluación Energética delAprovechamiento Hidroeléctrico
Tayucay
Artículo destacado entre los presentados en el Seminario Internacional sobreRepresas y Operación de Embalses, realizado em Puerto Iguazú,
Argentina del 30 de Setiembre al 2 de Octubre de 2004
María Carolina León De D`Alessandro / EDELCA - [email protected]
Índice
1. Introducción
2. Ubicación y características generales de la Cuenca
3. Características hidráulicas
4. Sistema integrado Bajo Caroní - Tayucay
5. Conclusiones
6. Lecciones aprendidas
7. Recomendaciones
establece que el efecto del embalse de Tayucay no debeafectar el perfil hidráulico del Carrao. Este río, en eltramo comprendido entre la Laguna de Canaima y laconfluencia con el río Caroní presenta numerosas caídasy raudales, que actúan como controles hidráulicos delflujo. Un estudio hidráulico preliminar concluye que paraun nivel de operación de 360 msnm el río Carrao no seve afectado por el reservorio. A este nivel el embalse deTayucay presenta poca capacidad de regulación, volumenútil igual al 3% del volumen escurrido medio anual delrío.
Basados en un mercado de diferenciación del preciode la energía firme y secundaria, el objetivo del estudioes evaluar la operación de la central hidroeléctrica enconjunto con las del Bajo Caroní de manera de maximizarla Energía Firme del aprovechamiento.
Para esta evaluación se ha utilizado un modelomatemático que ha sido adaptado para considerar lascentrales a filo de agua, tanto aguas abajo como aguasarriba del embalse regulador, el cual establece una reglade operación en base a la maximización de la EnergíaFirme del conjunto.
Bajo esta regla de operación se demuestra que lacentral hidroeléctrica Tayucay aportaría al sistemainterconectado nacional una energía firme de 8.700GWh/año y 12.300 GWh/año de energía media.
Este resultado le permite a EDELCA evaluar los flujosde caja por la venta de energía y decidir, con base en loscostos preliminares de la obra, si su construcción futuraagregaría valor a la empresa.
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Evaluación Energética de la Operación de la C. H. Tayucay (Venezuela)
1. Introducción
EDELCA, empresa dedicada al desarro-llo hidroeléctrico del río Caroní, cumplecon el rol de suplidor de energía eléctricaen forma confiable y segura, entregandomás del 65% de las necesidades del merca-do venezolano.
Debido a la magnitud y al peso de lageneración del Caroní dentro del sectoreléctrico nacional, se requiere conocer lagarantía de su energía, diferenciándola enEnergía Firme y Secundaria.
Con base en el estudio del ciclohidrológico a lo largo de 54 años de regis-tros, para EDELCA la Energía Firme de unaprovechamiento hidroeléctrico es aquellaque se puede garantizar en forma conti-nua, calculada sobre la base de los cauda-les históricos.
El área de influencia de los proyectosdel Alto Caroní se encuentra regulada porfiguras jurídicas con regímenes especialesde conservación, que condicionan los apro-vechamientos desde el punto de vista am-biental y obligan a una solución integrada.
Basados en una diferenciación del pre-cio de la energía firme y secundaria, elobjetivo del estudio es evaluar la operaciónde la central hidroeléctrica Tayucay en con-junto con el Bajo Caroní, con el propósitode maximizar la Energía Firme del aprove-chamiento y alcanzar su factibilidad técni-ca y económica dentro del marco ambien-tal.
2. Ubicación yCaracterísticasGenerales de LaCuenca
La cuenca del río Caroní se encuentra alsureste de Venezuela, en el estado Bolívar.Posee un área aproximada de 95.000 km2
y está dividida en dos grandes sectores, elAlto Caroní, que comprende el tramo des-de su nacimiento hasta la confluencia conel río Paragua, y el Bajo Caroní, constituidopor el tramo restante hasta su desemboca-dura en el río Orinoco.
El aprovechamiento hidroeléctricoTayucay, uno de los posibles desarrollos delAlto Caroní, se localiza aproximadamentea 130 km aguas arriba de la central hidro-eléctrica de Guri.
Geográficamente el sitio de presa seubica a 6°41�23� de latitud norte y62°49�15� de longitud oeste. La superficie
de la cuenca hasta el sitio de presa ocupatres figuras jurídicas principales: La ReservaForestal de La Paragua, la Zona ProtectoraSur del Estado Bolívar y El Parque NacionalCanaima.
3. CaracterísticasHidráulicas
La cuenca tributaria hasta el sitio depresa Tayucay es de aproximadamente43.264 km2 y presenta un caudal medioanual de 2.300 m3/s.
El nivel de operación del reservorio estáasociado a la premisa ambiental que esta-blece que el efecto del embalse no debeafectar al Parque Nacional Canaima, enparticular el perfil hidráulico del río Carrao,aguas abajo del vertedero natural de la
Laguna de Canaima, sector de gran valorescénico.
Este tramo de río, de 20 km de longitudhasta la desembocadura en el río Caroní,presenta numerosas caídas y raudales queactúan como controles del flujo. El estudiopreliminar del perfil hidráulico del río, rea-lizado para las condiciones naturales y paradistintos niveles del embalse de Tayucay,establece que para un nivel de operaciónde 360 msnm se cumple con la condiciónambiental impuesta.
El cierre del río a esta cota conlleva auna presa de 83 metros de altura con locual, para un nivel de restitución promediode 283 msnm, se dispone de una cargabruta de 77 metros.
A la cota 360 el embalse de Tayucayinunda un área aproximada de 150 km2, suforma alargada sigue el valle del cauce delrío Caroní y se extiende en una longitud de
Figura 1. Ubicación relativa de la cuenca del río Caroní dentro del territoriovenezolano
Figura 2.- Curva Altura - Área � Capacidad
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120 km. A este nivel, la capacidad dealmacenamiento es de 3.798 hm3.
El Nivel Mínimo de Operación, fijadopor el rango admisible de operación de lasturbinas, se encuentra a 335 msnm. Elvolumen muerto, correspondiente al nivelde sedimentos en 100 años de vida útil delembalse, se ubica en la cota 303.
Con estos niveles característicos elreservorio dispone de un bajo efecto regu-lador del río. Si se analiza la curva Cota -Área - Capacidad, (figura 2) se observa queel volumen útil, como embalse, es de 2.314hm3, lo cual representa 3.15% del volumenescurrido medio anual del río Caroní eneste sector.
Esta reducida regulación se manifiestaen una producción de energía firme, quealcanza 2.800 GWh/año, con un caudalregulado de 475 m3/s.
Al analizar la curva de duración degastos medios mensuales (figura 3), seobserva que un caudal de 475 m3/s tieneuna probabilidad de ocurrir o de ser supe-rado del 94%. Esto indica que el embalse semueve 25 metros para regular un caudalde esta ocurrencia, lo que adicionalmenterepresenta pérdida en la altura neta degeneración.
Por otra parte, la opción de no regularimplica que la generación garantizada (95% del tiempo) está asociada a un caudal de425 m3/s. Con la variación de caudales quemuestra la curva es posible una generaciónsignificativamente mayor en los meses deinvierno con relación a los meses de vera-no, lo cual evidencia que en condiciones deno permanencia, se dispone de un volu-men de agua importante para generarenergía.
Al analizar en forma discreta la infor-mación de caudales mensuales y asignan-do probabilidad de ocurrencia a cada mues-tra de gastos se obtiene una mejor visióndel comportamiento del río. Las figuras 4 y5 presentan las curvas de duración de cadames, agrupadas en períodos �seco� y �hú-medo�. La figura 6 presenta los caudalesgarantizados en cada mes asociados a unaprobabilidad de ocurrir o de ser superadosde 50, 90, 95 y 100% (mínimos registra-dos).
A manera comparativa, se puede con-tar con caudales superiores a 1000 m3/scon una garantía mayor al 90% durante 7meses al año.
Sobre la base de este volumen de aguagarantizado, Tayucay puede ofrecer unacantidad significativa de energía segura alaño, aunque variable mes a mes. La garan-
Figura 3.- Curva de Duración de Caudales. Sitio de presa Tayucay
Figura 4.- Curva de Duración de Caudales. �Meses secos�
Figura 5.- Curva de Duración de Caudales. �Meses húmedos�
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tía de estos caudales favorece la operaciónsin regulación, lo que se ha denominadoaprovechamiento a �filo de agua�.
Para lograr un mejor uso de Tayucayoperando como filo de agua, surge laopción de incorporar su generación al sis-tema Bajo Caroní, utilizando el embalse deGuri como regulador de la energía deTayucay.
4. Sistema IntegradoBajo Caroní �Tayucay
Las centrales hidroeléctricas del BajoCaroní, con excepción de Guri, son centra-les sin capacidad de regulación, alimenta-das por las descargas reguladas del embal-se de Guri. Este sistema con regulaciónaguas arriba se opera en forma conjuntapara maximizar la energía firme del siste-ma.
La opción de incorporar Tayucay a lageneración del Bajo Caroní, surge bajo lahipótesis de aprovechar la capacidad deregulación de Gurí para lograr el mejor usode la generación aguas arriba. Básicamen-te, si Tayucay no cambia el patrón decaudales de entrada a Guri y genera unacantidad de energía segura mensual, estaenergía puede agregarse estacional o men-sualmente a la generación del Bajo Caroní,de forma que, al adaptar la operación deGuri y demás centrales a la disponibilidadde esta nueva energía garantizada, semaximice la energía firme del conjunto.
La evaluación energética del sistemaintegrado se realiza mediante un modelomatemático secuencial de operación de
Figura 6.- Probabilidad deocurrencia de Gastos
Figura 7.- Energía del Bajo Caroní
Figura 8. Niveles alcanzados en el embalse de Guri a lo largo de la simula-ción de 54 años de registros históricos
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Figura 9.- Energía Firme del Bajo Caroní. Período 1964 � 1966
embalses, adaptado por EDELCA al BajoCaroní. Éste determina la máxima energíafirme que, de acuerdo a la serie deescurrimientos históricos, puede generarun aprovechamiento hidroeléctrico, ope-rando en forma aislada o en conjunto conotras centrales. El modelo establece unaregla de operación para el embalse regula-dor considerando su generación y la de lasotras centrales y luego simula la operacióndel conjunto.
Para el período histórico 1950 � 2003la energía promedio del Bajo Caroní es de87.100 GWh/año, la cual se distribuye, deacuerdo a la operación conjunta de lascuatro centrales, como se muestra en lafigura 7.
En la simulación se advierte un cicloseco de aproximadamente 10 años, dentrode éste se encuentra el período crítico delembalse de Gurí (1964-1966). Al analizarlos niveles alcanzados por el reservorio a lolargo de la simulación de los 54 años deregistros históricos (figura 8), se observaque éste se mueve desde su cota máxima(sep.1963) hasta su cota mínima (may.1966). Esta condición de uso total delvolumen útil del embalse no se encuentraen ningún otro período de los años deregistro, por lo tanto, con base en la seriehistórica, se puede afirmar que éste es elperíodo que fija la energía firme de Guri ycomo consecuencia del Bajo Caroní. Porello para fines de comparación entre cen-tral aislada en Tayucay e integrada al BajoCaroní se usará este período histórico seco.
La Energía Firme del Bajo Caroní es de75.200 GWh/año, lo cual representa unaproducción mensual de 6.180 GWh. Lafigura 9 muestra la distribución de la gene-ración de esta energía mensual en el perío-do crítico del conjunto.
En la simulación de la operación de lacentral hidroeléctrica Tayucay, a filo deagua y en forma aislada a lo largo delperíodo histórico, puede observarse, en ellapso 1964 � 1966, que la variación decaudales entre el verano y el invierno per-mite disponer de una energía promedio de10.900 GWh/año. Sin embargo, bajo elconcepto de energía firme, tan solo secuenta con 850 GWh/año, asociados almes de menor producción (figura 10)
La figura 11 muestra la generación a lolargo del período histórico. En ella se ad-vierte la capacidad generación del aprove-chamiento, 12.500 GWh/año de energíamedia, frente a 850 GWh/año de energíafirme.
Figura 11.- Energía Media. Tayucay Filo de Agua-Operación Aislada
Figura 10.- Energía Firme Tayucay Filo de Agua � Operación Aislada.(Período 1964 � 1966)
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Al operar a Tayucay en conjunto con elBajo Caroní se obtiene una Energía Firmedel sistema de 83.900 GWh/año, equiva-lente a una producción mensual de 6.900GWh y una energía media de 99.160 GWh/año.
La diferencia entre la energía firme delconjunto Bajo Caroní + Tayucay y la gene-rada del Bajo Caroní es de 8700 GWh/año,ésta corresponde al incremento de energíafirme como resultado de la entrada deTayucay al sistema, por lo tanto representael aporte de energía firme de Tayucay. Lafigura 12 ilustra la generación de Tayucayaislado y la figura 13 la operación conjun-ta.
De igual forma se tiene que la energíapromedio correspondiente a Tayucay es ladiferencia entre la energía promedio delconjunto Bajo Caroní + Tayucay menos ladel Bajo Caroní, de lo cual resulta unaenergía media de 12.330 GWh/año (figura14).
El efecto de la integración de Tayucayal Bajo Caroní se refleja en la modificacióndel nivel del embalse de Guri acorde a lamayor o menor generación de energía.Con la finalidad de ilustrar la influencia dela operación conjunta sobre el embalse serealizó una comparación de los nivelesalcanzados en el reservorio a lo largo de lasimulación de los 54 años del períodohistórico. De ésta se han extraído los co-rrespondientes al período crítico 1964-1966, los cuales se presentan en la figura15.
Se observa que en ambos casos sealcanza la cota máxima en septiembre del63, luego comienza el descenso del volu-men del embalse para compensar los cau-dales de verano, llegando a un nivel infe-rior en el caso de la operación con Tayucay.En la época de invierno los niveles alcanza-dos son superiores, producto de una dis-minución en la generación del Bajo Caronípor la presencia de Tayucay. Finalmente enmayo del 66 se llega a la cota mínima delembalse, cumpliendo cada grupo con laenergía firme establecida.
Otro punto de comparación ha sido laocupación de las centrales aguas abajo. Enla figura 16 se muestran los Factores dePlanta mensual, en el ciclo 58 � 66, para lacentral hidroeléctrica de Guri, que es la querige el comportamiento aguas abajo.
Figura 12.- Energía Firme Conjunto Bajo Caroní-Tayucay. Operación Aislada.(Período 1964 � 1966)
Figura 13.- Energía Firme Conjunto Bajo Caroní-Tayucay. Operación Conjun-ta. Período 1964 � 1966
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5. Conclusiones
� El control del nivel del embalse porrazones ambientales restringe el usodel aprovechamiento hidroeléctricoTayucay como central aislada.
� Con miras a mantener la viabilidadeconómica y ambiental del aprovecha-miento se reformuló su participacióndentro del sistema eléctrico nacionalintegrándolo a la generación del BajoCaroní.
� La operación conjunta de las centrales,haciendo uso de la energía garantiza-da en un patrón mensual en Tayucay yapoyándose en el efecto regulador delembalse de Guri, ha permitido aumen-tar la Energía firme del conjunto.
� La modificación de la operación de lascentrales del Bajo Caroní permite apro-vechar la generación en Tayucay ymaximizar la Energía Firme del conjun-to. De esta forma la generación enTayucay se eleva de 850 GWh/año (cen-tral sin regulación con operación aisla-da) a 8700 GWh/año (central sin regu-lación con operación integrada)
� La operación integrada no afectasignificativamente los niveles y volú-menes del embalse de Guri y modificala ocupación de la central con pocavariación del Factor de Planta prome-dio.
6. LeccionesAprendidas
En el caso estudiado, aún cuando res-tricciones ambientales limitaron las condi-ciones hidráulicas, y el tamaño de las obras,se pudo lograr un balance entre el ambien-te y la generación hidroeléctrica, aprove-chando la existencia de otros desarrollosaguas abajo sobre el mismo río Caroní.
El ajuste en la operación de las centra-les existentes, en conjunto con el aprove-chamiento hidroeléctrico Tayucay, permi-tió mantener su viabilidad técnica y econó-mica.
7. Recomendaciones
Los estudios de generación de energíade la central hidroeléctrica Tayucay, permi-ten recomendar que se mantenga vigenteeste aprovechamiento, dentro de los pla-nes de desarrollo hidroeléctrico de la cuen-ca del río Caroní.
Figura 14.-Energía Media Conjunto Bajo Caroní-Tayucay. Operación Conjunta
Figura 15.-Niveles en el embalse de Guri
Figura 16. Comparación del Factor de Planta en Gurí - Período 1958 -1966
