Proyecto Hidroeléctrico Manuel Piar, Teléfono: +58-424

III CONGRESO VENEZOLANO DE REDES Y ENERGÍA
ELÉCTRICA
Marzo 2012
Comité Nacional Venezolano
C1-66
DESARROLLO DEL POTENCIAL ENERGÉTICO EN LA CUENCA DEL BAJO
CARONÍ: PROYECTO HIDROELÉCTRICO MANUEL PIAR EN TOCOMA
J. Pedroza, C. Castro, G. Montilla, Y. Ballén, J. Inciarte, A. Garcés, E. Sánchez, J. Reyes,
E. Martínez, J. Ñañez, R. Sosa, P. Carvajal, K. Álvarez, D. Sánchez, J. Beria, J. Toledo
Corporación Eléctrica Nacional - CORPOELEC
RESUMEN
La Corporación Eléctrica Nacional, CORPOELEC es la empresa de generación hidroeléctrica más
importante que posee Venezuela, opera las centrales hidroeléctricas Simón Bolívar en Guri, considerada
en los actuales momentos la tercera en importancia a nivel mundial con 10.000 MW, la central Antonio
José de Sucre en Macagua con una capacidad instalada de 3.140 MW y la central Francisco de Miranda en
Caruachi con una capacidad de 2.160 MW. Su compromiso con la conservación del medio ambiente, con
tecnologías de vanguardias orientadas a la obtención de índices de calidad, rentabilidad y eficiencia que
satisfagan los requerimientos del clientes, empleados, accionistas y proveedores han llegado a la empresa
a constituirse como uno de los pilares fundamentales en el desarrollo económico y social del país.
En los actuales momentos, la CORPOELEC se encuentra en fase de construcción el proyecto
hidroeléctrico Manuel Piar en Tocoma, último proyecto en la cuenca del Bajo Caroní, ubicada a unos 14
Km aguas abajo de Guri, presentando un avance total del 60 % en sus obras civiles y electromecánicas.
En este trabajo se presenta el desarrollo del Proyecto Hidroeléctrico Manuel Piar en Tocoma, su ubicación
y características del sitio de la obra dentro de la cuenca del Bajo Caroní, su acceso, estructura geológica,
perfiles, sismicidad, hidrología y fisiografía, etc. Se describe la comparación de las alternativas para la
selección del tipo de aliviadero utilizado, los datos más significativo en cuanto a la estructura de toma,
casa de máquinas y nave de montaje, presa de concreto, tipo de turbinas, generadores y transformadores.
Se muestra el sistema de alimentación de los servicios auxiliares en media y baja tensión que mantiene la
operatividad de la energía y el esquema y arquitectura del sistema de control. Finalmente se describe la
metodología utilizada para minimizar el impacto ambiental que se produce y los costos asociados al
proyecto.
Una vez concluida, en el año 2014, tendrá una capacidad instalada de 2.160 MW y aportará al país una
energía firme de 11.300 millones de kilovatios hora al año, lo que representa y ahorro de 76.000 barriles
de petróleo equivalente al día, que podrán ser destinados a la exportación. La selección de la tecnología
apropiada junto con el cuidadoso proceso de implantación representan factores claves para garantizar un
proyecto exitoso y lograr el mayor potencial de los sistemas involucrados, lo cual repercutirá en la mejora
de los procesos de negocios, optimizará las operaciones y por ende producirá mayores beneficios en la
producción, transporte y comercialización de la energía eléctrica para el país.
PALABRAS-CLAVE
Proyecto, Central, Hidroeléctrico, Generadores, Turbinas, Transformadores, Auxiliares.
Proyecto Hidroeléctrico Manuel Piar, Teléfono: +58-424-967.92.70; [email protected]
Desarrollo del Proyecto Hidroeléctrico Manuel Piar en Tocoma.
El Proyecto Tocoma, formará conjuntamente con las Centrales Hidroeléctricas Simón Bolívar en Guri,
Antonio José de Sucre en Macagua y Caruachi, el Desarrollo Hidroeléctrico del Bajo Caroní. Las
características electro-energéticas sobresalientes del proyecto, están predeterminadas por la descarga
regulada del embalse de Guri.
Las obras para controlar el embalse incluirán la construcción de un Aliviadero con compuertas radiales y
las Presas de cierre correspondientes. La Casa de Máquina y la Nave de Montaje serán del tipo integrado
con la Estructura de Toma.
La ubicación de la Presa de Tierra y Enrocamiento Izquierda así como la de Enrocamiento con Pantalla de
Concreto, Aliviadero y Casa de Máquinas obedece a la optimización de las condiciones geológicas,
topográficas y energéticas del proyecto.
Una vez que se hayan ejecutado todas las obras, se creará un embalse a la cota 127 m.s.n.m., inundando un
área de 87 Km2. El proyecto tendrá 10 unidades generadoras, con una capacidad nominal por unidad de
216 megavatios cada una, para un total de 2.160 MW de capacidad instalada.
Ubicación y Características del Sitio.
El Proyecto Hidroeléctrico Tocoma se ubica en el sector Sur-Oriental de Venezuela, al Noreste del Estado
Bolívar, aproximadamente a 14 Km aguas abajo de la Central Hidroeléctrica Guri, inmediatamente aguas
arriba de la desembocadura del río Claro, en el río Caroní, al Sur del Embalse Caruachi y a unos 73 Km de
Ciudad Guayana. En la Figura 1 se presenta la ubicación del Complejo Hidroeléctrico Tocoma a escala
nacional, regional y a escala local.
Fig. 1 Localización del Complejo Hidroeléctrico Tocoma a escala nacional y regional
•
Acceso: Su acceso principal se encuentra a la margen izquierda del río Caroní, desde la vía
existente hacia Guri, aproximadamente a seis kilómetros antes de la alcabala de entrada a la
Central Hidroeléctrica Guri, la cual a su vez esta enlazada a la carretera nacional que conecta a
Ciudad Piar y Puerto Ordaz.
2
•
Estructura Geológica: Su estructura geológica principal es la falla de El Pao, ubicada entre el
Cañón de Necuima y la prolongación del río Claro hacia la Serranía de Terecay. La extensión de
esta falla es de aproximadamente 200 Km, con un ancho de unos siete kilómetros aguas arriba del
sitio.
•
Perfiles: El estribo izquierdo está ubicado sobre un relieve de lomas relativamente planas, con
afloramientos rocosos, cubiertas por suelos residuales y rocas descompuestas de poco espesor. El
perfil estratigráfico en esta área está constituido por gneises meteorizados a frescos duros,
fracturados y descompuestos, fajas de rocas milonitizadas, brechas recristalizadas y otros tipos de
rocas pertenecientes al Complejo de Imataca. A continuación se muestra la ilustración del perfil
geológico en la Casa de Máquinas.
Fig. 2 Perfil Geológico Casa de Máquinas
Fig. 3 Perfil de Aprovechamiento Hidroenergético
•
Sismicidad: La sismicidad se ha registrado en el área desde 1974. Para efectos de diseño se ha
adoptado un sismo con intensidad máxima de 5,0 en la escala de Richter, una aceleración de 0.16g
(horizontal) y 0.10g (vertical). De acuerdo con los criterios establecidos en el diseño, Guri y
Tocoma pueden quedar afectados por la sismicidad inducida por el embalse de Guri, efecto que
fue considerado en la determinación de los niveles de aceleración, mientras que Caruachi y
Macagua son afectados por la sismicidad natural de la región oriental venezolana.
•
Hidrología: La cuenca del río Caroní está situada en el estado Bolívar, al Sureste de Venezuela,
aproximadamente entre 3° 40’ y 8° 40´ de latitud Norte y entre 60° 50’ y 64° 10’ de longitud
Oeste. Esta cuenca hidrográfica cubre aproximadamente 95.000 Km2 (10.5% del territorio
venezolano) de los cuales, 47.000 Km2 corresponden al Alto Caroní, desde su nacimiento en la
frontera con Brasil hasta la confluencia con el río Paragua; 33.000 Km2 forman la cuenca del río
Paragua y los 15.000 Km2 restantes corresponden al Bajo Caroní, desde la unión de ambos ríos
hasta su desembocadura en el río Orinoco. La cuenca del río Caroní posee el mayor potencial
hidroeléctrico de Venezuela y uno de los mayores del mundo. Se estima este potencial en 24.000
MW en toda la cuenca, de los cuales, aproximadamente 17.000 MW corresponden sólo al Bajo
Caroní.
El río Caroní aporta caudales anuales promedio de 4.824 m3/s, habiéndose registrado una
creciente máxima de 17.576 m3/s y un gasto mínimo de 188 m3/s.
•
Fisiografía: Los paisajes fisiográficos de la cuenca son muy variados e incluyen planicies
fluviales, penillanuras, altiplanicies bajas a 50 m.s.n.m. y altiplanicies disectadas a 2.800 m.s.n.m.
en los llamados “tepuyes”. El clima de la cuenca es tropical y está determinado por la posición y
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actividad de la convergencia intertropical y los vientos alisios del norte; sin embargo, el
escalonamiento altitudinal produce una neta diferenciación térmica, que abarca desde la zona baja
con temperaturas medias anuales superiores a los 24°C, hasta las cumbres de los “tepuyes”, donde
las temperaturas medias anuales oscilan alrededor de los 10°C.
Comparación de las Opciones para la selección del tipo de Aliviadero.
El Aliviadero de Tocoma, deberá pasar con seguridad las crecientes del río Caroní durante la vida útil del
proyecto, hasta un máximo de 28.750 m3/s correspondiente a la C.M.P. Adicionalmente durante la
construcción del proyecto, el Aliviadero será utilizado durante la Segunda Etapa de Desvío para pasar
caudales entre 5.000 y 14.000 m3/s.
Las siguientes alternativas fueron seleccionadas por cumplir con los criterios generales de operación:
Alternativa A - Aliviadero de Superficie - 18 Ductos de Fondo.
Alternativa B - Aliviadero Tipo Orificio - Descargador de Fondo.
Alternativa C - Aliviadero de Superficie - 6 Vanos Bajos + 6 Ductos de Fondo (Combinado).
Alternativa D - Aliviadero de Superficie - 9 Vanos Bajos Sobre elevados por Etapas.
Fig. 4 Alternativas para el Aliviadero.
Debido al alto riesgo de retraso potencial (hasta de 12 meses) en la puesta en marcha de la primera unidad
generadora, se recomienda que las Alternativas C y D sean eliminadas de toda consideración adicional.
Con base a la incertidumbre en cuanto al riesgo de funcionamiento de la Alternativa B para las
condiciones de Operación Normal, a potenciales trabajos de mantenimiento consecuentes de la operación
durante la vida útil del Proyecto Tocoma, y a la experiencia de CORPOELEC obtenida en la operación de
Aliviaderos de superficie en los Proyectos Guri y Macagua el Dpto. de Hidráulica recomienda adoptar la
Alternativa A mejorando aquellos aspectos que se deriven de la experiencia en el Segundo Desvío del
Proyecto Caruachi.
Datos más significativos:
1. Casa de Máquinas: Integrada a la Estructura de Toma, está compuesta por cinco monolitos de 60
metros, cada uno de los cuales albergará dos Turbinas Tipo Kaplan de 216 MW. Cada turbina está
acoplada a una unidad generadora de potencia, para un total de 2160 MW. En el extremo Oeste se
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contempla la construcción de un monolito de 60 m para la nave de montaje. La longitud total de la
estructura es de 360 m. En la Figura 5 se muestra una sección de la Casa de Máquinas y en la Figura 6
se muestra la sección del Aliviadero.
Fig. 5 Sección de la Casa de Máquinas
Fig. 6 Sección del Aliviadero
2. Nave de Montaje: La Nave de Montaje estará conformada por un (1) monolito doble de 60 metros de
ancho, otros cinco (5) monolitos, iguales al anterior, contendrán las estructuras de Toma. La presa
principal tendrá una altura de 65 metros y una longitud de 360 metros. En la cresta, cuya elevación
será de 130,00 m.s.n.m. y a todo lo largo de las presas, está prevista una carretera de servicio.
3. Presa de Concreto: Presa Izquierda de enrocado con pantalla de concreto, Presa de Transición
Izquierda (de concreto), Casa de Máquinas, Canal de Descarga ubicado inmediatamente aguas abajo
de la Casa de Máquinas, Presa Intermedia (de concreto), Aliviadero, Presa de Transición Derecha (de
concreto), Presa Derecha de tierra y enrocado.
4. Turbinas, Generadores y Transformadores: Diez (10) Turbinas hidráulicas tipo Kaplan, de
capacidad nominal 216 MW y diez (10) sistemas de gobernación digitales, de diseño basado en
modelo hidráulico, físico y computacional (CFD) de las turbinas.
Diez (10) generadores de corriente alterna, de 230 MVA, tipo paraguas, trifásicos, 60 Hz, factor de
potencia 0,93, voltaje nominal 13,8 kV y diez (10) sistemas de excitación digitales.
Seis (6) transformadores elevadores de potencia, de 230–230/460 MVA, del tipo sumergido en aceite,
trifásicos, de tres arrollados y relación de voltaje 13,2-13,2-400 kV, tipo FOA, y pararrayos de 312 kV
y sistemas de protección contra incendios para cinco (5) transformadores.
5. Sistema de Alimentación de Servicios Auxiliares en Media y Baja Tensión: Un (1) sistema de
control integrado para todos los equipos electromecánicos de la planta a través de la instrumentación
correspondiente, con tres (3) niveles de control: local, distribuido y centralizado.
Un (1) sistema de alimentación de auxiliares en media y baja tensión constituido por: dos (2)
conjuntos de equipos de maniobra de 4,16 kV; cuatro (4) conjuntos de barras de fase no segregada de
4,16 kV; dieciséis (16) tableros de distribución; ocho (8) subtablero de distribución a 480 V; cuatro
(4) seccionadores de 13,8 kV; veintidós (22) seccionadores de 4,16 kV; veintidós (22) gabinetes para
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transformadores secos; seis (6) tableros de distribución de 120 V.a.c. y 125 V.c.c.; cinco (5)
transformadores para servicio de la central, trifásicos, tipo OA/FA, 5.000/6250 kVA, de 13,8-4,16 kV.
Dos (2) sistemas de cargadores, baterías e inversores para suministro en 125 Vcc y 120 Vca para las
cargas esenciales y en 277 Vca para las cargas de iluminación de emergencia de la Casa de Máquinas.
Diez (10) conjuntos de barras de fase aislada de 14,4 kV nominales, 11.000 Amperios para la
conexión eléctrica entre los generadores y los transformadores principales de potencia
Fig. 7 Planta general del Proyecto Tocoma
Personal del Proyecto.
A continuación se presenta el total de Hombres-mes aproximado, utilizados por el proyecto durante su
ejecución.
C.V.G. ELECTRIFICACION DEL CARONI (EDELCA)
PROYECTO TOCOMA
PERSONAL ESTIMADO (Hombres-mes)
6.000
240.000
233.655
5.000
200.000
4.000
160.000
3.000
120.000
2.000
80.000
1.000
40.000
TOTAL MES
Ene-13
May-13
Sep-12
Ene-12
May-12
Sep-11
Ene-11
May-11
Sep-10
Ene-10
May-10
Sep-09
Ene-09
May-09
Sep-08
Ene-08
May-08
Sep-07
Ene-07
May-07
Sep-06
Ene-06
May-06
Sep-05
Ene-05
May-05
Sep-04
Ene-04
May-04
Sep-03
Ene-03
May-03
Sep-02
Ene-02
0
May-02
0
TOTAL ACUMULADO
Fig. 8 Personal Estimado durante el Proyecto
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Impacto Ambiental.
El Plan de Manejo Ambiental, es un instrumento de gestión que define las actuaciones en el ámbito
ambiental, que acometerá CORPOELEC en el marco de la construcción, llenado y operación del Proyecto
Hidroeléctrico Tocoma. Contiene un conjunto de medidas estructuradas en Programas y destinadas a:
•
Evitar, mitigar, corregir o compensar los impactos ambientales negativos previsibles.
•
Potenciar los impactos positivos identificados.
•
Realizar el seguimiento y monitoreo de las variables ambientales afectadas.
•
Afrontar las situaciones de riesgos y accidentes potenciales.
La agrupación de medidas en el conjunto de trece programas que se enumera a continuación, ha obedecido
a criterios técnicos y de implementación, así como de áreas temáticas comunes:
1. Plan de Gestión de Riesgos
2. Plan de Compensación y Reasentamiento
3. Programa de Participación y Comunicación Social
4. Programa de Control Sanitario y Vigilancia Epidemiológica
5. Programa de Investigación y Rescate Arqueológico
6. Programa de Deforestación del Vaso del Embalse
7. Programa de Manejo y Rescate de Fauna
8. Programa de Llenado del Embalse
9. Plan de Uso y Manejo del Embalse
10. Programa de Vigilancia y Monitoreo Ambiental
11. Programa de Saneamiento y Recuperación de Áreas Degradadas
12. Programa de Compensación a la Infraestructura de Servicios Afectada
13. Programa de Estudios Complementarios.
Costos Asociados al Proyecto.
La estimación de costos actual de la Central Hidroeléctrica Manuel Piar en Tocoma se basa
principalmente en las Ofertas convenidas del proyecto. Así mismo para los costos indirectos de
Ingeniería, Inspección, Gastos de Nacionalización y Gastos Capitalizables, se consideraron los datos
conocidos de los proyectos desarrollados en la cuenca del bajo Caroní.
Como resultado de dicha estimación se obtiene lo siguiente:
Estimado Proyecto Básico Tocoma (Base: Nov/2011)
Descripción
Obra Civil y Misceláneas
Obra Electromecánica
Subestación y líneas de interconexión
Sub-Total Costos de Construcción
Costos de Ingeniería
Costos de Inspección
Gastos de organización
Gastos de Nacionalización
Costos ambientales y Bienhechurías
Sub-Total Otros Costos
TOTAL COSTOS DEL PROYECTO
MM US$EQ
1716,41
2391,44
227,29
4.335,14
305,29
240,84
708,95
257,80
16,96
1.529,84
5.864,98
Conclusiones:
-
Con el Proyecto Hidroeléctrico Manuel Piar en Tocoma, se culmina la optimización del desarrollo
hidroeléctrico del Bajo Caroní, previsto para operar a “filo de agua” aprovechando los caudales
regulados por Guri, y dentro de la estrategia de desarrollo en cascada, que impone el
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aprovechamiento de toda la caída disponible, aportando un total de 17.460 MW instalados al
sistema eléctrico nacional. De allí la similitud de los proyectos tanto en las características de la
infraestructura como en la producción energética.
-
La potencial afectación física, biótica y socio-económica del Proyecto Hidroeléctrico Manuel Piar
en Tocoma es relativamente baja frente al potencial energético que ofrece (2.160 MW), ya que se
prevén inundar unos 87,3 Km2 de tierras con limitada capacidad de uso, poco intervenidas por
actividades agrícolas y mineras y con muy escasa población.
-
El conjunto de “lecciones aprendidas” por CORPOELEC en la ejecución de las Obras del Bajo
Caroní, en especial en lo relativo al análisis y manejo de las variables ambientales potencialmente
afectadas por dichas obras, brinda mayores garantías de un manejo ambientalmente sustentable.
-
Por todos estos motivos, se considera que el impacto socioambiental global del Proyecto
Hidroeléctrico Tocoma es, relativamente, de pequeña magnitud.
-
Una vez concluida, en el año 2014, tendrá una capacidad instalada de 2.160 MW y aportará al
país una energía firme de 11.300 millones de kilovatios hora al año, lo que representa un ahorro
de 76.000 barriles de petróleo diario.
Fig. 9 Maqueta digital de la Central Hidroeléctrica Manuel Piar en Tocoma
BIBLIOGRAFÍA
[1]
[2]
[3]
[4]
Proyecto Tocoma Informe Mensual Enero 2003, Dirección de Expansión de Generación, C.V.G.
ELECTRIFICACIÓN DEL CARONÍ – EDELCA, Año 2003, Edición No 13.
“La Cuenca del Río Caroní: Una Visión en Cifras”. Edición CORPOELEC – EDELCA. 2008
“Low-Head Power Plants”. Emil Mosonyi. Akadémiai Kiadó – Budapest. 1987
“Mecánica de los Fluídos y Máquinas Hidráulicas”. Claudio Mataix. 2da Edición Alfaomega. 1987.
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