UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA

1. PROGRAMA DE TECNOLOGIA ELECTRICA GENERACION Parte 2 Antonio Escobar Z. 2013 UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA

2. Despacho Hidrotérmico

3. simula / planea la operación de un sistema hidrotérmico en el Largo y mediano plazo. • Hace parte del planeamiento operativo indicativo.

4. La política operativa más económica para los embalses (a medio y largo plazo), teniendo en cuenta las incertidumbres en las afluencias o caudales futuros y las restricciones en la red de transmisión • La operación óptima determinando las metas de generación (a corto plazo) de cada planta de forma que se minimice el costo operativo • ¿Que se obtiene del Despacho Hidrotérmico?

5. Como se realiza? A través de dos módulos: • 1. Módulo de Planificación Operativa - Determina la política operativa más económica para los embalses, teniendo en cuenta: • Incertidumbres en las afluencias futuras; • Restricciones en la red de transmisión; simula la operación del sistema a lo largo del horizonte de planificación, para: • Distintos escenarios de secuencias hidrológicas; • Calcula el promedio de los costos operativos. • 2.Módulo Hidrológico - Determina los parámetros del modelo estocástico de caudales.

6. CARACTERíSTICAS DEL DESPACHO HIDROTERMICO • Es dinámico: Presenta una estructura dinámica temporal. • Es estocástico: El carácter estocástico esta dado por la simulación de las variables aleatorias (caudales).

7. Características del Despacho de Los Sistemas Térmicos • Desacoplado en el tiempo : una decisión operativa hoy no afecta el costo operativo de la próxima semana • El costo operativo de las unidades depende sólo de su nivel de generación y no del de las demás unidades, y es función del costo de los combustibles Sistemas Térmicos

8. Características del Despacho de los Sistemas Hídricos • Acoplado en el tiempo : una decisión operativa hoy afecta las decisiones de la próxima semana. HOY Sistemas Hídricos

9. Características del Despacho Hidrotérmico • Existe generación hídrica pero es insuficiente para cubrir toda la demanda a lo largo del horizonte de estudio. El costo del agua es CERO • La generación térmica cubre la demanda que no abastece la hídrica. El combustible tiene un valor alto. Sistemas Hidrotérmicos A diferencia de los sistemas puramente térmicos, la operación de un sistema hidrotérmico es un problema acoplado en el tiempo, es decir, una decisión operativa hoy afecta el costo operativo futuro.

10. Características del Despacho Hidrotérmico • El agua tiene un valor estratégico asociado al combustible de las plantas térmicas que sustituye en todo momento. • Utiliza valores discretos para los niveles admisibles de embalse para que la solución sea computacionalmente viable. • Los encargados de la regulación de la operación de estos sistemas (CREG en Colombia) y los planeadores (UPME) lo llevan en cuenta debido al impacto que tiene sobre las tarifas. Sistemas Hidrotérmicos

11. Características del Despacho Hidrotérmico • Considera tres clases de factores condicionantes: • Conocidos con certeza: Ej, Plan de expansión de generación y transmisión. • Probabilísticos: Ej, las hidrologías. • Estimados: Ej, Costo futuro de combustibles Sistemas Hidrotérmicos

12. COSTO DEL AGUA FUTURO HOY Si se desembalsa mucha agua HOY habrá poca en el FUTURO Costo de la energía: HOY=BAJO ; FUTURO=ALTO

13. COSTO DEL AGUA FUTURO HOY Si se desembalsa poca agua HOY habrá mucha en el FUTURO Costo de la energía: HOY=ALTO ; FUTURO=BAJO

14. FUNCION DE COSTOINMEDIATO Beneficio inmediato del uso del agua Costo Hoy Bajo Alto Volumen Futuro ESCENARIO 1 : VOLUMEN FUTURO BAJO = BAJO COSTO EN EL PRESENTE ESCENARIO 2: VOLUMEN FUTURO ALTO = ALTO COSTO EL PRESENTE

15. FUNCION DE COSTO FUTURO Beneficio futuro del uso del agua Costo Futuro Bajo Alto Volumen Futuro ESCENARIO 2 : VOLUMEN FUTURO ALTO = BAJOS COSTOS FUTUROS ESCENARIO 1 : VOLUMEN FUTURO BAJO = GRANDES COSTOS FUTUROS

16. Características del Despacho Hidrotérmico Existe un compromiso entre el despacho Hídrico que se programa para HOY y el que se podrá programar para el futuro. • Costo Inmediato y Costo Futuro Función de Costo Inmediato Función de Costo Futuro Sistemas Hidrotérmicos BAJO ALTO VOLUMEN FUTURO

17. CUAL ES LA MEJOR DECISION? Establecer un programa de desembalses tal que estén equilibrados los costos inmediatos y futuros del agua: FCI + FCF sea la menor Sistemas Hidrotérmicos Valor Marginal del Agua

18. Valor Marginal del Agua A diferencia de las plantas térmicas, que tienen un costo operativo directo, las plantas hidroeléctricas tienen un valor indirecto, asociado a la economía de combustible de las térmicas desplazadas hoy o en el futuro. El uso óptimo del agua se obtiene cuando están equilibrados los valores inmediato y futuro del agua Sistemas Hidrotérmicos

19. Variables del Despacho Hidrotérmico: CAPACIDAD Y NIVEL DE EMBALSES Sistemas Hidrotérmicos Almacenamiento mínimo

20. HISTOGRAMA :Es la curva que resulta de graficar los datos de caudales de un rio, mes a mes, para un periodo de tiempo.CURVA DE DURACION DE CAUDAL :Es la curva de caudales construidas en orden descendente de magnitudes.CURVA DE PROMEDIOS MENSUALES MULTIANUAL :El curva que resulta de graficar todos los valores promedios de todos los meses por cada año. Variables del Despacho Hidrotérmico: HISTORICOS DE HIDROLOGIA

21. HISTOGRAMAS Alto Anchicaya Rio Prado Rio Nare

22. CURVAS DE DURACION DE CAUDAL (Históricos) Caudal (m3/s) 100 Frecuencia (%)

23. HISTORICOS RIO CALIMA Caudales Medios Mensuales Históricos Caudales Medios Mensuales Multianuales Curva de Duracion de Caudal 12.2 m3/seg 3.7 m3/seg

24. HISTORICOS RIO CHUZA Caudales Medios Mensuales Históricos Caudales Medios Mensuales Multianuales Curva de Duración de Caudal 12.2 m3/seg 1.7 m3/seg

25. Caudales Medios Mensuales Multianuales en Colombia

26. REGISTRO HISTÓRICO DE AFLUENCIAS

27. Variables del Despacho Hidrotérmico: ENCADENAMIENTOS HIDRAULICOS Permite determinar las afluencias de los rios a partir de datos históricos y proyecciones hacia el mediano y largo Plazo.

28. Variables del Despacho Hidrotérmico: HIDROLOGIA FUTURA Permite determinar las afluencias de los ríos a partir de datos históricos y proyecciones hacia el mediano y largo Plazo.

29. A TRAVÉS DE MODELOS MATEMATICOS SE ESTIMAN PARÁMETROS Y SE GENERAN: • Serie de caudales promedios • mensuales y anuales. • Promedio, máximo, mínimo, • desviación estándar. • Coeficiente de asimetría y • coeficiente de variación • Mensual y anual.

30. GENERACION ESTOCASTICA DE SERIES HIDROLOGICAS • Consiste en generar N series probables de caudales futuros • a partir de una serie historica de Caudales. • Las series generadas serán de longitud igual al tiempo de estudio. • Todas tienen igual probabilidad de presentarse.

31. EJEMPLO DE SERIES HIDROLOGICAS GENERADAS

32. Ejemplo de Generación de Serie Hidrológica

33. SIMULACIÓN DEL FENÓMENO DEL NIÑO/NIÑA Simulación de aportes de un río considerando diferentes probabilidades de ocurrencia del fenómeno del niño.

34. Casa de Máquinas Embalse Canal de Salida Vertedero Variables del Despacho Hidrotérmico: ALMACENAMIENTO-TURBINAMIENTO-VERTIMIENTO At μt Vt St Dt

35. At Embalse Aguas Arriba st Vt µt Casa de Máquinas Embalse Aguas Abajo u otra Fuente de Agua Variables del Despacho Hidrotérmico: ALMACENAMIENTO-TURBINAMIENTO-VERTIMIENTO Variables At = Afluencia neta durante el período t Vt = Volumen almacenado al final del período t µt = Volumen turbinado durante el período t st = Vertimiento durante el período t Dt = Defluencia durante el periodo t: µt + St

36. ENERGIA ASEGURADA: EA 95% Filo de agua : EA = 270 MW; Com Embalse: EA = 523 MW;

37. PRODUCTIVIDAD DE CENTRALES HIDROELECTRICAS: • En el largo plazo esta asociada al caudal asegurado de la central; • Depende de las características de las máquinas eléctricas y las turbinas utilizadas; • Es afectada por los niveles mínimos y máximos operativos determinados por el despacho hidrotérmico; • Es afectada por salidas programadas o no programadas de generadores o equipos asociados.

38. Variables del Despacho Hidrotérmico: CAPACIDAD DE TURBINAMIENTO Sistemas Hidrotérmicos

39. Cota del embalse Casa de Máquinas Cota del canal de salida La Turbina está sumergida 1. TURBINAS DE REACCION FRANCIS

40. Variables del Despacho Hidrotérmico: FUNCIÓN DE PRODUCCIÓN La potencia generada por una unidad generadora hidráulica depende de: • Rendimento Turbina/Generador (η) • Caudal Turbinado (q) • Altura líquida (hl) • Cota del embalse (hm) • Cota del canal de salida (hj) • Pérdidas del sistema (hp)

41. Variables del Despacho Hidrotérmico: FUNCIÓN DE LA PRODUCCIÓN HIDROELÉCTRICA • Altura Líquida:

42. Variables del Despacho Hidrotérmico: FUNCIÓN DE LA PRODUCCIÓN HIDROELÉCTRICA • relación altura-volumen Cota de embalse (m) Volumen (Hm3)

43. Variables del Despacho Hidrotérmico: RENDIMIENTO DE LA TURBINA

44. Variables del Despacho Hidrotérmico: PÉRDIDAS DE GENERACIÓN EFECTIVA

45. Variables del Despacho Hidrotérmico: PÉRDIDAS PARA DIFERENTE NUMERO DE UNIDADES

46. PELTON 2. TURBINAS DE ACCIÓN hl q

47. Variables del Despacho Hidrotérmico: FUNCIÓN DE PRODUCCIÓN GH µ = a + b·GH + c·GH2 [m3/h] Si a = 0 y c = 0 GH = (1/b)·µ =  ·µ [MW]  = Coeficiente de producción [MWh/m3] 

48. Capacidad Efectiva o Disponibilidad Promedio:Cantidad de potencia neta que puede suministrar una unidad de generación en condiciones normales de operación. En Colombia es registrada y validada por los propietarios de los generadores a XM. Indisponibilidad por salidas programadas ( mantenimiento) Indisponibilidad por salidas no programadas (fallas) Capacidad Nominal o Instalada Capacidad Efectiva

49. Capacidad Efectiva o Disponibilidad Promedio: Ejemplo: considerando 1.8 fallas/año, 72 horas/falla y 3 semanas/año para mantenimiento se tiene: Pefectiva = 0.9283 Pnominal En Colombia, de los 13319.7 MW de capacidad instalada hay 12364.6 MW Disponibles aproximadamente. Indisponibilidad por salidas programadas ( mantenimiento) Indisponibilidad por salidas no programadas (fallas) Capacidad Nominal o Instalada Capacidad Efectiva

50. Variables del Despacho Hidrotérmico: DEMANDA Sistemas Hidrotérmicos