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Evaluación del Impacto de la Central Hidroeléctrica de Corpus en la
Operación Hidroeléctrica de Itaipú
Julio Duarte G. 1, Anastacio Sebastián Arce Encina2
Universidad Nacional del Este - Facultad Politécnica
[email protected], [email protected]
Resumen. La Central Hidroeléctrica de ITAIPU es un aprovechamiento binacional entre el Paraguay y el
Brasil, localizado en el Río Paraná, veinte kilómetros aguas arriba de la confluencia con el Río Iguazú. La
confluencia de los ríos Paraná e Iguazú es tomada como punto de control del cumplimiento del Tratado
Tripartito, acuerdo firmado por Paraguay, Brasil y Argentina, por el cual las variaciones del nivel del río
Paraná, en este punto, no debe superar medio metro de una hora a otra o dos metros de un día a otro, de lo
que depende la operación de la usina de ITAIPU. Los términos de este acuerdo imponen una importante
restricción en la operación hidroenergética de ITAIPU.
El proyecto de la Central Hidroeléctrica de CORPUS, emprendimiento binacional entre el Paraguay y
Argentina, tiene tres locales probables de emplazamiento sobre el Río Paraná, de los cuales el más
indicado sería el de Pindo’i por el menor impacto ambiental y área inundada. El sitio de Pindo’i está
aproximadamente a 290 km, aguas abajo de ITAIPU.
En este trabajo es presentado un modelo de las centrales hidroeléctricas de ITAIPU y CORPUS que lleva
en consideración diferentes valores de demanda a ser atendida por ITAIPU, tiempo de transporte del agua
desde el canal de fuga de ITAIPU hasta el embalse de la futura central hidroeléctrica de CORPUS,
pasando por el punto de control del cumplimiento del Acuerdo Tripartito. La discretización del tiempo de
la simulación es horaria. Los resultados de las simulaciones apuntan a una importante reducción en la
capacidad de punta de ITAIPU y el tiempo de transporte del agua entre el canal de fuga de ITAIPU y el
punto de control del Acuerdo Tripartito.
Palabras claves: Central Hidroeléctrica, tiempo de transporte, canal de fuga.
Abstract: The ITAIPU Hydroelectric plant is a binational advantage between Pataguay and Brazil,
located in the Paraná River, 20 kilometers waters above of the confluence with the Yguazu River. The
confluence between the Paraná and Yguazú rivers is the control point of the tripartite treaty, signed by
Paraguay, Brazil and Argentina, by which, the variations of the level of the Paraná river; at this point,
cannot surpass half a meter from one hour to the next, or 2 meters from a day to the next, than the
ITAIPU plant operation depends.
The CORPUS hydroelectric plant project, is an binational project between Paraguay and Argentina, has
three possible places on the Paraná River, of which the most indicated would be the one in Pindo’I
because of the lower environmental impact and flooded area. Pindo’I is located approximately 290 Km
waters below ITAIPU.
In this work is presented a model of the ITAIPU and CORUPS hydroelectric plants that takes in
consideration different demand values to be attended by ITAIPU, transport time of the water from the
ITAIPU flight channel to the dam of the future CORPUS hydroelectric, going through the control point of
the tripartite treaty. The simulation results point to an important reduction of the ITAIPU end capacity
and the transportation time of the water between the ITAIPU flight channel and the control point.
Keywords: Hydroelectric plant, transportation time, flight channel.
ARTÍCULOS CIENTÍFICOS – ELÉCTRICA – Nº 4 – AÑO 2008
ARTÍCULOS CIENTÍFICOS – ELÉCTRICA – Nº 4 – AÑO 2008
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1. Introducción
Es objetivo de este trabajo analizar estas
posibles
restricciones
operativas
que
representarán la construcción de la central de
CORPUS en la operación de ITAIPU, mediante
simulaciones
para
distintas
condiciones
operativas, evaluando la influencia que tengan
sobre su producción y variaciones en los niveles
del punto de control R11.
La necesidad de satisfacer el continuo
crecimiento de la demanda de energía eléctrica
obliga a la implementación de políticas que
aprovechen
al
máximo
el
potencial
hidroeléctrico. En adición a eso, la futura
construcción de la Central Hidroeléctrica de
CORPUS, en operación conjunta con las
centrales de ITAIPU y YACYRETA permitirá
cosechar el gran potencial que ofrece el Río
Paraná, pero también traerá consigo el problema
de la operación coordinada entre centrales.
2. Materiales y métodos
2.1. Operación conjunta
hidroeléctricas en cascada
Es necesario optimizar la explotación del parque
generador ya instalado sobre el trecho fronterizo
del Río Paraná (ITAIPU y YACYRETA),
mediante elaboración de estudios de operación
hidroenergética, previendo la ejecución del
aprovechamiento hidroeléctrico en la zona de
CORPUS respetando el acuerdo realizado sobre
la cooperación Técnico-Operativa de los
aprovechamientos de ITAIPU y CORPUS
conocido como Tratado Tripartito, celebrado en
octubre de 1979.
La operación entre usinas en cascada es
dependiente del aprovechamiento conjunto del
recurso
hidroeléctrico
(río
o
cuenca
hidrográfica) sobre el cual están dispuestas. De
esta manera, la operación de una usina es
afectada por los caudales liberados por las usinas
de aguas arriba, al mismo tiempo en que afecta a
la usina de aguas abajo. La figura 1 muestra un
esquema del perfil longitudinal para las tres
binacionales,
donde
se
observa
el
comportamiento mencionado.
La confluencia de los ríos Paraná e Iguazú es
tomada como punto de control del cumplimiento
del Tratado Tripartito (R11), por el cual las
variaciones del nivel del Río Paraná, en este
punto, no deben superar medio metro de una
hora a otra o dos metros de un día a otro. Los
términos de este acuerdo imponen una
importante restricción en la operación de
ITAIPU.
Actualmente se realizan varios estudios de
forma a estimar los beneficios asociados a la
coordinación de la operación conjunta de las
usinas buscando aprovechar al máximo todas
ellas, en especial previendo la construcción de la
usina hidroeléctrica de Corpus. De esta manera
se obtendría mayor beneficio en la operación de
las binacionales.
Figura 1. Perfil longitudinal esquemático
2.2. Software para computación numérica
de
centrales
El MATLAB es una herramienta que integra
cálculo, visualización y programación en un
ambiente sencillo donde los problemas y las
soluciones se expresan en notación matemática,
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y para los simuladores desarrollados, que
utilizan procesos iterativos de cálculos, ofrece
facilidad para la resolución de este tipo de
problema, así como la posibilidad de gerenciar
las subrutinas de los algoritmos ordenadamente.
2.3. Software de simulación de escurrimientos
en conductores libres.
CLiv Condutos Livres, desarrollado por la
Fundación Centro Tecnológico de Hidráulica
(FTCH), São Paulo-Brasil, es un software que
permite el cálculo del escurrimiento en canales y
conductos funcionando a superficie libre. Son
proporcionados por el CLiv, caudales (m3/seg) y
niveles de agua (m) en función del tiempo (seg).
Con estos datos es posible recaudar información
referente a los niveles y propagaciones del agua
en puntos de referencia como el puesto R-11 y
en CORPUS, para simular su impacto desde el
punto de vista hidrodinámico y permitir el
empleo de estos datos para el funcionamiento
del software implementado PropaIRC.
2.4. Simuladores desarrollados SIMOPIC y
PROPAIRC
En principio, el objetivo fue desarrollar un
aplicativo con la función de gerenciar las
subrutinas necesarias para simular la operación
conjunta de las Centrales de ITAIPU, CORPUS
y YACYRETA, nombrado SimOPICY, pero
está en fase de desarrollo para un posterior
estudio de reglas de operación de reservatorios.
Para evaluar el impacto de CORPUS en la
operación hidroenergética de ITAIPU se
desarrolló el aplicativo SimOPIC (simulador de
la operación ITAIPU-CORPUS) basado en el
SimOPICY. El SimOPIC actúa como
gerenciador de otras subrutinas como el OPI.m y
el OPC.m (operación de ITAIPU y CORPUS
respectivamente), encargadas de controlar el
cumplimiento de los limites operativos del nivel
de embalse de las centrales.
Otras
subrutinas,
OPIcuaturb.m
y
OPCcauturb.m contienen los coeficientes del
polinomio “Cota x Volumen” para hallar el nivel
del embalse, y del polinomio “Factor de
Productividad” para hallar la potencia generada
y altura bruta de las centrales de acuerdo a un
determinado caudal turbinado. Las subrutinas
IPUcanalfuga.m y CPcanalfuga.m contienen las
curvas en función del caudal de descarga de la
central y el incremento o caudal afluente del
Iguazú. Estas curvas abarcan rangos de
descargas en la central de ITAIPU desde 5.000
hasta 30.000 m3/seg con incrementos desde 200
hasta 30.000 m3/seg para IPUcanalfuga.m, y
para CPcanalfuga.m diferentes cotas en el
embalse de YACYRETA. Con todas ellas, es
posible obtener los niveles de canal de fuga de
ITAIPU y CORPUS, y la cota del embalse de
CORPUS en la operación conjunta.
El algoritmo del aplicativo SimOPIC posee los
datos más relevantes ingresados por el usuario
referente a las Centrales Hidroeléctricas en
estudio, como volumen máximo y mínimo
operativo del embalse, número de unidades
generadoras, potencia nominal de cada unidad,
etc. Entre los datos de entrada está la afluencia
del río Iguazú y los caudales turbinados o
defluencias de las centrales, los cuales poseen
dos modalidades de ingreso: la primera toma de
una base de datos creada y almacenada por el
usuario, y la segunda, creada por el simulador
como un gerenciador de defluencias, donde
ingresando el caudal base y el caudal pico
(qbase y qpico en m3/seg) con sus respectivos
tiempos de duración, se simula en 24 horas, con
la posibilidad de repetir según criterio del
usuario. La posibilidad de ingresar estos datos
de un histórico de caudales para verificar el
comportamiento hidroenergético a lo largo de un
horizonte está siendo estudiada para su
implementación.
Otra función que posee el programa SimOPIC es
la de gerenciador de resultados que son
mostrados en gráficos como: defluencia de
ITAIPU y CORPUS [m3/seg]; caudal en R-11
[m3/seg]; variación de nivel en R-11
(restricciones impuestas por el Tratado
Tripartito); cota del embalse de ITAIPU y
CORPUS [m]; cota del canal de fuga de ITAIPU
y
CORPUS [m]; nivel de agua para
comparación en el canal de fuga de ITAIPU, R11 y en el embalse de Corpus [m]; altura bruta
de ITAIPU y CORPUS [m]; potencia en cada
instante y potencia media generada por cada
central y total del sistema [MW].
El PropaIRC (caudal propagado Itaipu-Corpus)
es una de las subrutinas más destacadas del
SimOPIC. Estima el caudal que se tiene a cada
instante en R-11 con discretización horaria, y
permite verificar el cumplimiento de las
restricciones impuestas por el Tratado Tripartito.
La misma cumple un papel importante para el
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análisis, pues posibilita el acoplamiento
operativo entre las centrales y hace posible
evaluar la propagación del agua de la descarga
de ITAIPU hasta CORPUS y el comportamiento
de su embalse. Así también permite verificar el
comportamiento del canal de fuga de ITAIPU
debido a la inclusión de CORPUS.
Además fueron realizados varios algoritmos que
auxiliaron al estudio, pero los más relevantes se
resumen en 8, y son mostrados en el esquema
representativo de la figura 2, donde constituyen
subrutinas y el propio gerenciador del simulador
desarrollado SimOPIC.
SimOPI
PropaI
OPI
OPC
OPIcauturb
IPUcanalfuga
OPCcauturb
CPcanalfuga
descargas de ITAIPU sin mayores
preocupaciones hacia la atención de las
restricciones
asociadas
al
Acuerdo
Tripartito.
2. El efecto de las variaciones de descarga de
ITAIPU en R-11, debido al remanso, es
mucho más inmediato que en la situación
actual (sin CORPUS). Este punto se refiere a
los efectos de la propagación del agua.
3. Con la inclusión del embalse de CORPUS,
se produce un aumento en el nivel del canal
de fuga de ITAIPU, lo que provoca la
disminución de su salto bruto.
En cada simulación se verificó el cumplimiento
establecido por el Acuerdo Tripartito, y esta fue
la restricción principal para limitar la potencia
máxima que se podrá generar en hora de punta,
manteniendo un determinado caudal promedio
diario.
En los análisis se pudo constatar que el efecto
en la propagación del agua limita más el
turbinado con CORPUS; ello se demuestra
verificando las diferencias en sus curvas de
propagación, donde los efectos fueron evaluados
en el puesto R-11.
Figura 2. Esquema de aplicativos desarrollados
3. Estudio del caso
En las simulaciones se observaron tres
fenómenos ocurridos en cada operación con
CORPUS, los cuales se mencionan a
continuación:
1. El perfil transversal del río, que en niveles
inferiores se muestra casi vertical pero en
niveles superiores con inclinación menor,
permitiría mayores variaciones de las
En la figura 3 se presenta un gráfico de las
propagaciones en R-11, y en ella se puede
observar tal diferencia en cuanto al porcentaje
del efecto en R-11 debido a una variación de
descarga en ITAIPU.
Se puede verificar en la figura, que los efectos
son más inmediatos en operaciones de ITAIPU
con CORPUS que sin ella.
Con Corpus
Sin Corpus
Figura 3. Curva de propagación en R-11
Para ilustrar se observa en las curvas que en las
propagaciones sin Corpus el 50% del efecto, R11 siente al cabo de 6 horas, y con Corpus, R-11
siente en menos de 2 horas, o bien, también se
puede verificar que las proporciones son
mayores hora a hora con Corpus que sin Corpus.
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Por ejemplo, se puede notar en la figura con los
círculos, que en la hora 6 los porcentajes del
efecto fueron 50% sin Corpus y 90% con
Corpus. Esta rápida propagación producirá que
llegue mayor volumen de agua en menos
tiempo, aumentando el nivel de agua hasta los
límites del Acuerdo. Observando esto, es
razonable deducir que atendiendo a no violar el
Acuerdo Tripartito, las operaciones simuladas
con Corpus están imposibilitadas de alcanzar
mayores caudales turbinados en horas de punta.
Para las simulaciones, el enfoque fue dado desde
el punto de vista hidrodinámico, y de las
simulaciones hechas se mostrarán algunos
resultados de las operaciones con un caudal
promedio diario que varía de 7.000 hasta 13.000
m3/s, de manera a analizar las diferencias.
Como ejemplo, se ilustra (figura 4) una de las
simulaciones realizadas cuyo caudal promedio
diario se mantuvo en 10.000 m3/s. Se puede
observar los picos alcanzados con Corpus y sin
ella, siendo que el pico se mantuvo durante 4
horas de punta y el caudal máximo turbinado es
mayor para el caso de la operación de ITAIPU
sin CORPUS. Estos caudales máximos
alcanzaron valores de 13.663 m3/s y 14.433 m3/s
con Corpus y sin ella respectivamente, y la
diferencia de caudal que no se pudo turbinar es
de 770 m3/s o 5,33% menos con la inclusión de
dicha Central. Los caudales máximos en horas
punta fueron limitados por las variaciones
establecidas en el Acuerdo Tripartito, por lo
tanto, ambas operaciones, con Corpus y sin ella,
son factibles por R-11. Las simulaciones fueron
de 48 horas, con la operación de 24 horas
repetida para una mejor observación de las
variantes.
Para el estudio del caso, el enfoque fue dado
desde el punto de vista hidroenergético, donde el
factor de productividad de las centrales tiene un
rol muy importante; así también, se deberá tener
en cuenta el tercer fenómeno mencionado
anteriormente. Esta es una situación que de
manera alguna se puede ignorar y será un hecho
inevitable por las propias características que
producirá el remanso, elevando el nivel de agua
en el canal de fuga de ITAIPU con la
construcción del embalse en el sitio de
emplazamiento de Pindo’i.
Caudal promedio diario
Figura 4. Defluencia de Itaipu factible por R-11. Caudal promedio 10.000 m3/s
Se verificó las restricciones en el puesto R-11
(figura 5a) hecho para cada simulación y fue
posible estimar las potencias generadas en hora
de punta en ITAIPU (figura 5b). Ellas son
ejemplos de la operación con CORPUS y para el
estudio fueron levantadas las curvas de la figura
6 de las operaciones con Corpus y sin ella para
los caudales promedios diarios. Las curvas
fueron construidas en base a las potencias en
hora de punta que fueron posibles generar en
ITAIPU sin quebrantar las restricciones en R-11
con caudales promedios diarios de 7.000 a
13.000 m3/s.
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0,5 [m]
11.509 [MW]
2 [m]
Figura 5 . a) Restricciones en R-11. Caudal promedio 9.000 m3/s; b) Potencia en hora de punta. Caudal promedio
9.000 m3/s
Con el eje de ordenada izquierdo se observa las
potencias generadas para cada caudal promedio
diario y es notorio que las potencias generadas
en las operaciones con Corpus son menores que
las generadas sin Corpus, como se ve en 9.000
m3/s las potencias con Corpus y sin ella fueron
11.509 y 12.683 MW, una diferencia de
generación de 1.174 MW, o sea, equivale a lo
que se puede generar con más de 1 unidad
generadora de 700 MW y esto debido a la
inclusión de Corpus.
Otro punto interesante, observando la figura, es
que si se pretende atender una demanda en hora
de punta de 12.600 MW, se necesitaría
aproximadamente 1.300 m3/s o más de caudal
promedio diario de lo que se necesita
actualmente sin Corpus.
Sin Corpus
12.683 [MW]
Con Corpus
11.509 [MW]
Figura 6. Potencia en punta y cota canal de fuga por caudal promedio diario.
Las curvas de líneas discontinuas representan las
cotas alcanzadas en el canal de fuga de ITAIPU
(eje derecho de la figura 6), y con CORPUS son
más elevados pudiendo variar de 5 a 7,5 metros
dependiendo de la operación de ITAIPU. Esto
provoca una disminución en el salto bruto
justificando la menor generación de energía.
Simulando con Corpus, para 9.000 m3/s de
caudal promedio diario sin respetar las
restricciones horarias y diarias (figura 7), se
encontró que como mínimo 0,2 metros a más o
el equivalente a ±0,7 m de variación horaria, y
también flexibilizando las variaciones diarias a
±2,7 m, posibilitan atender la demanda en hora
de punta al igual que sin Corpus.
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0,7 [m]
2,7 [m]
Figura 7. Variando las restricciones en R-11. Caudal promedio 9.000 m3/s
En la figura 8 es posible observar cómo son
próximas las curvas de potencias en hora de
punta sin Corpus y con Corpus con mayor
flexibilidad en las restricciones.
Sin Corpus
Con Corpus y mayor
flexibilidad en la
restricciones
Figura 8. Potencia en hora de punta con Corpus, mayor flexibilidad en las restricciones.
La figura 9 ilustra estas potencias obtenidas para
9.000 m3/s de caudal promedio diario y se puede
comparar la diferencia obtenida y cómo resulta
factible el cambio en las restricciones, siendo
anteriormente la potencia generada 11.509 MW
y pasando a generar de esta forma 12.622 MW,
lo que provoca así solo una diferencia de 61
MW con respecto a la operación sin Corpus que
generó 12.683 MW. Por lo tanto, podemos
concluir que con este cambio se obtuvo una
ganancia de 1.113 MW.
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Figura 9. Comparación de potencias en hora de punta para 9.000 m3 /s
Hidrotérmicos de Potencia”, Tese Masterado.
UNICAMP. cap2, 5-7. 1994.
4. Conclusión
Sin Corpus, el 50% del efecto de las variaciones
de descarga de ITAIPU en R-11 se registra al
cabo de 6 horas. Con Corpus este porcentaje de
variación se registra en menos de 2 horas, por lo
que se concluye que la propagación del agua es
más rápida en este contexto.
3
Para 9.000 m /s de caudal promedio diario las
potencias en hora de punta con Corpus y sin ella
fueron 11.509 y 12.683 MW, respectivamente,
las cuales representan una diferencia de
capacidad de generación de 1.174 MW menos
con Corpus.
En R-11, flexibilizando las restricciones horarias
y diarias a 0,7 y 2,7 metros respectivamente, con
un caudal promedio diario de 9.000 m3/s, con la
presencia de Corpus la capacidad de punta
alcanzaría 12.622 MW, esto posibilitaría
alcanzar la misma capacidad de punta con que la
usina de Itaipu cuenta hoy, sin Corpus.
5. Referencias
[4] N.V. Arvanitidis, J. Rosing, “Composite
Representation of Multireservoir Hidroelectric
Power System”, IEEE Transaction on PAS, vol.
PAS-89,n.2,319-335. 1970.
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Gráficas”, CONATEC Instituto Tecnológico de
Ciudad Madero. 2002.
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Hidroenergéticas”, Departamento de Operación
de Sistema OPS.DT. 2002.
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Tecnológico de Hidráulica (FTCH)”, Curitiba.
1990.
[8] G. G. Oliveira. “Otimização da Operação
Energética de Sistemas Hidrotérmicos com
representação Individualizada das usinas e
Afluências Determinísticas”. Dissertação de
Mestrado – UNICAMP. Setembro, 1993.
[1] M. A. Cicogna, “Sistema de Suporte a
Decisão para o Planejamento e a Programação
de Operação de Sistemas de Energia Elétrica”,
Tese Doutorado. UNICAMP. cap2, 34. 2003.
[2] S. Soares, T. Oshihi. “Operação Econômica
de Sistemas Hidrotérmicos”, CEAPO mód. 7,
UNICAMP.
[3] G. da Cruz J., “Planejamento da Operação
Energética a Longo Prazo de Sistemas
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