Figura 2.3 Comportamiento - Gasto
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P. H. Tenosique Julio 2014 Estudio de Factibilidad del P.H. Tenosique, Alternativa con Turbinas Bulbo (antes Kaplan). Informe Técnico Final Dirección de Proyectos de Inversión Financiada Coordinación de Proyectos Hidroeléctrico Centro de Anteproyectos del Golfo P. H. Tenosique 1 2 3 Julio 2014 GENERALIDADES…… ........................................................................................ ............. 3 1.1 Antecedentes............................................................................................................................... 3 1.2 Localización................................................................................................................................. 3 1.3 Acceso Al Proyecto .................................................................................................................... 4 ACTUALIZACIÓN DEL ESTUDIO HIDROLÓGICO .............................................. ............. 5 2.1 Revisión De La Información Disponible. Estación Hidrométrica Boca Del Cerro................ 5 2.2 Escurrimientos Medios En Los Sitios....................................................................................... 6 2.3 Climatología................................................................................................................................. 6 2.4 Disponibilidad De Aguas Superficiales. ................................................................................... 7 2.5 Estimación De La Avenida De Diseño Mediante El Método Bivariado .................................. 8 2.6 Obra De Excedencias. .............................................................................................................. 12 2.7 Obra De Desvío ......................................................................................................................... 12 ACTUALIZACIÓN DEL ESTUDIO HIDROENERGÉTICO ..................................... ........... 13 3.1 Funcionamientos De Vaso ....................................................................................................... 13 3.2 Volúmenes y Escurrimientos. P.H. Tenosique....................................................................... 13 3.3 Potencia Instalable y Generación Media Anual ..................................................................... 14 3.4 Estudio Hidroenergético Alternativa Bulbo ........................................................................... 16 3.5 Estudio Hidroenergético Alternativa Kaplan.......................................................................... 17 4 OPCIONES ESTUDIADAS.................................................................................... ........... 18 5 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ......................................................................... ........... 19 6 5.1 Obra De Desvío ......................................................................................................................... 19 5.2 Obra De Contención ................................................................................................................. 20 5.3 Obra De Generación ................................................................................................................. 20 5.4 Obra De Control Y Excedencias .............................................................................................. 21 5.6 Subestación Elevadora De Potencia ....................................................................................... 21 programa de obra ................................................................................................ ........... 22 6.1 Primera Etapa (12 meses) ........................................................................................................ 22 6.2 Segunda Etapa (12 meses)....................................................................................................... 22 6.3 Tercera Etapa (12 meses)......................................................................................................... 23 6.4 Cuarta Etapa (6 meses) ............................................................................................................ 23 7 PRESUPUESTO Y EVALUACIÓN ECONÓMICA ................................................. ........... 24 8 CONCLUSIONES.................................................................................................. ........... 25 9 BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................... ........... 26 Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 1 de 27 P. H. Tenosique Julio 2014 FIGURAS Figura 2.1 Gasto medio anual de la estación hidrométrica Boca del Cerro. ................................ 6 Figura 2.2 Gastos máximos anulas instantáneos. Máximo maximorum 9 153 m3/s .................... 8 Figura 2.3 Comportamiento - Gasto - Escalas de los gastos máximos instantáneos CFE_BANDAS............................................................................................................................9 Figura 2.4 Distribución de probabilidad gastos. ........................................................................ 11 Figura 3.1. Volumen medio mensual al sitio del PH Tenosique, (hm3). ..................................... 13 Figura 3.2. Volumen medio anual al sitio del PH Tenosique, (hm3)........................................... 14 Figura 3.3 Curva Elevaciones – Áreas – Capacidades, P.H. Tenosique. .................................. 15 TABLAS Tabla 2.1 Información disponible. ...............................................................................................5 Tabla 2.2 Estaciones hidrométricas. ...........................................................................................6 Tabla 2.3 Volúmenes disponibles en la cuenca de los ríos mencionados por CONAGUA. ......... 7 Tabla 2.4 Gastos y volúmenes máximos anuales. .................................................................... 10 Tabla 2.5 Gasto - Volumen para diferentes Tr. ......................................................................... 11 Tabla 3.1 Datos de entrada. Alternativa Bulbo.......................................................................... 16 Tabla 3.2 Resultados anuales de la simulación, P.H. Tenosique. Alternativa Bulbo. ................ 16 Tabla 3.3 Datos de entrada. Alternativa Kaplan........................................................................ 17 Tabla 3.4 Resultados anuales de la simulación, P.H. Tenosique. Alternativa Kaplan. .............. 17 Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 2 de 27 P. H. Tenosique 1 GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES Julio 2014 La Comisión Federal de Electricidad (CFE) ha realizado estudios, hidrológicos y geológicos en varios tramos del río Usumacinta, con el objetivo de seleccionar posibles sitios para el aprovechamiento del potencial hidroeléctrico del río. La Coordinación de Proyectos Hidroeléctricos (CPH), solicitó la elaboración de estudios técnicos encaminados a sustentar la viabilidad del proyecto y encomendó a la Subgerencia de Anteproyectos (SGA) para que a través del Centro de Anteproyectos del Golfo, desarrollara un estudio de Factibilidad del P.H. Tenosique, Alternativa con turbinas Bulbo, el cual, tiene como objetivo: considerar una central con regulación diaria, estableciendo un nivel de operación en el embalse que no afecte los sitios arqueológicos de mayor importancia considerando el eje de cortina aguas arriba del puente Usumacinta. 1.2 LOCALIZACIÓN El Proyecto Hidroeléctrico Tenosique (en su fase de anteproyecto), se localiza dentro del Sistema Hidrológico Usumacinta, al sureste de la república mexicana y a 8 km de la población de Tenosique, Tabasco. Aguas arriba del sitio de boquilla, el río sirve de límite natural entre los estados de Tabasco y Chiapas. A una distancia aproximada de 34,6 km aguas arriba del eje de la cortina en el vértice Usumacinta el río forma parte de un tramo que delimita la frontera internacional entre México y la República de Guatemala. A pesar de que el río Usumacinta es el más caudaloso e importante del país, en la porción mexicana de la cuenca donde se localiza éste, no existe a la fecha ninguna obra de infraestructura para el aprovechamiento hidroeléctrico. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 3 de 27 P. H. Tenosique 1.3 Julio 2014 ACCESO AL PROYECTO El acceso al sitio propuesto para el proyecto se puede efectuar utilizando dos rutas: partiendo de la ciudad de Villahermosa por la carretera federal N° 186 en dirección a Escárcega, después de transitar 89 km se toma la desviación que conduce a la población de Emiliano Zapata (distante 9 km) y de este lugar es necesario recorrer 55 km más para llegar al puente Usumacinta, estructura que permite cruzar el río al tráfico vehicular y ferroviario para llegar a la ciudad de Tenosique. Partiendo de la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, se toma la carretera federal N° 190 con dirección a San Cristóbal de las Casas; después de recorrer 83 km se continúa por la carretera federal N° 199 con dirección al poblado de Ocosingo (a 75 km) y Palenque (116 km), se prosigue por la carretera estatal que llega hasta el poblado de la Libertad (40 km) y al entronque con la carretera federal N° 203 (a 15 km); de este punto al sitio hay 65 km de distancia. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 4 de 27 P. H. Tenosique 2 Julio 2014 ACTUALIZACIÓN DEL ESTUDIO HIDROLÓGICO El Proyecto Hidroeléctrico Tenosique en su fase de anteproyecto, se ubica dentro del Sistema Hidrológico Usumacinta, localizado al Sureste de la república mexicana, a 8 km de la población de Tenosique, Tabasco. El Río Usumacinta está ubicado al sur del territorio de México, y al norte del territorio Guatemala, en la zona oeste de la península de Yucatán, y se cataloga como el más caudaloso de Guatemala y México, y el sexto más largo de Latinoamérica. En este documento se presentan los resultados del estudio hidrológico para el diseño propuesto de la obra de toma, desvío y vertedor del proyecto. 2.1 REVISIÓN DE LA INFORMACIÓN DISPONIBLE. ESTACIÓN HIDROMÉTRICA BOCA DEL CERRO Se realizó una revisión de la información disponible en la estación hidrométrica Boca del Cerro, localizada en la corriente principal del río Usumacinta a 200 m aguas arriba del puente de ferrocarril, perteneciente al municipio de Tenosique, en el estado de Tabasco; lugar donde se localiza el sitio de estudio del Proyecto. Se cuenta con información de gastos medios diarios y gastos máximos instantáneos del Banco Nacional de Datos de Aguas Superficiales (BANDAS) de la Comisión Nacional del Agua del periodo 1949-2011, así como de la División Hidrométrica del Sureste de la CFE del periodo de 1981-2011. (Tabla 2.1) Fuente Banco Nacional de Datos de Aguas Superficiales (BANDAS) de la Comisión Nacional del Agua. División Hidrométrica del Sureste de la CFE. Periodo Información 1949-2011 *1981, 1998, 2009 incompletos. Gastos medios diarios, gastos máximos anuales instantáneos estación hidrométrica Boca del Cerro. 1981-2011 *1981 incompleto. Gastos medios diarios, gastos máximos anuales instantáneos estación hidrométrica Boca del Cerro. Curva Elevaciones- Gastos de la estación hidrométrica Boca del Cerro del periodo comprendido del 1 de enero al 31 de diciembre de 2012. Tabla 2.1 Información disponible. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 5 de 27 P. H. Tenosique 2.2 Julio 2014 ESCURRIMIENTOS MEDIOS EN LOS SITIOS Debido a que el sitio del proyecto se localiza en el sitio de la Estación hidrométrica se utilizaron los escurrimientos de la misma Tabla 2.2. Localización Nombre de la estación Corriente Latitud Norte Longitud Oeste Boca del Cerro Río Usumacinta 17° 25’27” 91°29’23” Periodo registrado Área drenada km² Volumen escurrido medio anual (Hm³) Gasto medio (m³/s) Gasto (m³/s) Fecha 1949-2012 47 697 59 904 1 894 9 153 24/oct/2008 Avenida máxima Tabla 2.2 Estaciones hidrométricas. Figura 2.1 Gasto medio anual de la estación hidrométrica Boca del Cerro. 2.3 CLIMATOLOGÍA La cuenca del río Usumacinta presenta una temperatura media anual de 26,8 °C y de 9 °C y 43°C en los extremos, lo que establece un gradiente de climas cálidos y semicálidos húmedos con influencia marina en la zona norte y en la parte central de la región. La región donde se localiza el sitio del proyecto, goza de un clima cálido-húmedo, el cual conlleva lluvias en todo el año, de Marzo a Junio la temperatura puede alcanzar los 37° y hasta 47°C con lluvias principalmente de Julio a Diciembre, coincidiendo con la temporada de Huracanes. Dada las extensas zonas de planicie hacia aguas abajo del sitio del proyecto, es común se tengan masas de aire provenientes del mar lo que genera el mayor aporte de la precipitación Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 6 de 27 P. H. Tenosique Julio 2014 alcanzando valores máximos en la zona intercontinental con lluvia promedio de 4,000 mm. Estas lluvias tienen lugar en el verano y principios de otoño con variaciones promedio de 40 mm en la costa y de 100 mm en las laderas de las sierras. De octubre a marzo tienen lugar frentes fríos originados por nortes los cuales aportan lluvia por lo general de baja intensidad (INEGI, 2000). Carrera (GET, 2008) señala que el Delta de Tabasco, ubicado en Frontera y rodeado de terrenos bajos y pantanosos, origina que el agua de las mareas entre a la zona durante la temporada de lluvias generando problemas por inundación. 2.4 DISPONIBILIDAD DE AGUAS SUPERFICIALES. Con fecha 30 de abril de 2013, se publicó en el Diario Oficial de la Federación, el acuerdo por el cual se da a conocer el resultado de los estudios de disponibilidad media anual de las aguas superficiales en las cuencas hidrológicas de los ríos Lacantún, San Pedro, Chixoy, Chocoljah, Chacamax y Usumacinta. Entre los elementos que se toman en consideración para la determinación de la disponibilidad de aguas en la porción de la región hidrológica de referencia, se encuentran los relativos al cálculo del escurrimiento natural de la cuenca hidrológica, escurrimiento desde la cuenca hidrológica aguas arriba, retornos, importaciones, exportaciones, extracción de agua superficial, escurrimiento de la cuenca hidrológica hacia aguas abajo y volumen actual comprometido aguas abajo. En la Tabla 2.3 se muestran los volúmenes disponibles de los ríos antes mencionados, estimados por la CONAGUA. Nombre y descripción LXVIII Lacantún, pertenece a la cuenca Río Lacantún; aporta su caudal a la cuenca 73 LXIX San Pedro, pertenece a la cuenca Río Usumacinta; aporta su caudal a la cuenca 73 LXX Chixoy pertenece a la cuenca Río Chixoy; aporta su caudal a la cuenca 73 LXXI Chocoljah, pertenece a la cuenca Río Usumacinta; y aporta su caudal a la cuenca 73 LXXII Chacamax, pertenece a la cuenca Río Usumacinta; aporta su caudal a la cuenca 73 LXXIII Usumacinta, pertenece a la cuenca Río Usumacinta; aporta su caudal a las cuencas 74, 75 y 76 Disponibilidad (Hm³) 15 153 3 139 29 102 530 697 56 602 Tabla 2.3 Volúmenes disponibles en la cuenca de los ríos estimados por CONAGUA Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 7 de 27 P. H. Tenosique 2.5 Julio 2014 ESTIMACIÓN DE LA AVENIDA DE DISEÑO MEDIANTE EL MÉTODO BIVARIADO Para obtener la avenida de diseño de la obra de excedencia y desvío del anteproyecto Tenosique se determinó adoptar la distribución de probabilidad bivariada desarrollada por Ramírez y Aldama (2000) y aplicada por Marengo (2003) y por Morales, Marengo y Aldama (2010). Se realizó el Ajuste a distribuciones de probabilidad de la serie de gastos máximos y volúmenes de los hidrógrafas anuales observados en la estación hidrométrica utilizada en el estudio. Figura 2.2 Gastos máximos anuales instantáneos. Máximo maximorum 9 153 m3/s Se analizaron los gastos máximos instantáneos y su escala, notándose un comportamiento irregular de los datos teniéndose elevaciones mayores para gastos menores y viceversa (Figura 2.), por lo que se decidió calcular los gastos a partir de las escalas por medio de la Curva Elevaciones- Gastos de la estación hidrométrica Boca del Cerro. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 8 de 27 P. H. Tenosique Julio 2014 Figura 2.3 Comportamiento - Gasto - Escalas de los gastos máximos instantáneos CFE_BANDAS. Se realizaron los ajustes a distribuciones de probabilidad de los gastos y volúmenes máximos, ajustándose a diferentes funciones de probabilidad, para obtener valores correspondientes a diferentes periodos de retorno, para ello se empleó el programa AX del Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED), en la tabla 2.4 se muestran los datos manejados para el ajuste. Las distribuciones de probabilidad utilizadas para el ajuste son las siguientes: Normal Lognormal 2 y 3 parámetros Gumbel sencillo Exponencial Gamma Doble Gumbel Año Gasto Volumen Año Gasto Volumen 1949 3 760 2 203 1981 7 617 41 508 1950 6 564 7 987 1982 8 412 28 624 1951 4 156 2 036 1983 5 356 10 146 1952 6 636 11 541 1984 8 553 31 140 1953 5 820 9 880 1985 4 444 4 684 1954 6 252 11 110 1986 4 132 2 831 1955 6 780 8 537 1987 5 228 7 883 1956 6 300 15 156 1988 7 827 12 174 1957 4 180 3 296 1989 8 412 23 615 1958 4 444 6 762 1990 7 897 8 340 1959 3 592 1 402 1991 3 898 7 415 1960 6 540 19 980 1992 4 988 6 006 Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 9 de 27 P. H. Tenosique Julio 2014 Año Gasto Volumen Año Gasto Volumen 1961 4 468 3 229 1993 5 548 14 010 1962 4 428 2 911 1994 4 108 3 756 1963 4 988 6 451 1995 8 341 20 702 1964 4 270 2 417 1996 4 668 9 980 1965 5 564 26 028 1997 5 500 16 287 1966 7 404 22 858 1998 7 663 22 639 1967 6 300 21 606 1999 8 133 40 713 1968 5 196 9 881 2000 7 435 25 249 1969 6 732 28 281 2001 6 313 21 716 1970 5 372 31 776 2002 5 783 7 598 1971 3 592 5 936 2003 6 601 10 565 1972 5 676 8 152 2004 5 390 9 813 1973 5 852 18 547 2005 6 772 23 410 1974 6 028 9 951 2006 5 938 7 561 1975 7 500 11 672 2007 5 566 7 268 1976 4 364 7 628 2008 9 153 28 825 1977 3 994 3 028 2009 3 235 1 013 1978 6 396 9 180 2010 8 984 47 688 1979 7 593 33 614 2011 8 080 34 849 1980 5 596 14 567 Tabla 2.4 Gastos y volúmenes máximos anuales. A partir de los registros estadísticos se obtuvo el parámetro de asociación m el cual determina la dependencia o independencia estadística de los registros históricos de las variables involucradas (Aldama, 2000) el cual resultó de 2,10. 1 𝑚 = �1−𝜌 Ec.1 Donde 𝜌 representa el coeficiente de correlación lineal entre gastos pico y volúmenes, éste puede calcularse como se muestra en la ecuación: 𝜌= 𝐶𝑜𝑣(𝑄,𝑉) 𝜎𝑄 𝜎𝑉 Ec.2 Como siguiente paso, se determinaron las diferentes combinaciones de gasto y volumen para diferentes periodos de retorno. (Tabla 2.). Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 10 de 27 P. H. Tenosique Julio 2014 3 3 Tr Q m /s Doble Gumbel V Hm 2 5 10 15 20 25 50 100 200 500 1 000 2 000 5 000 10 000 5 653 7 773 8 237 8 458 8 613 8 736 9 148 9 638 10 225 11 109 11 810 12 527 13 451 14 178 10 407 25 423 32 210 35 557 37 811 39 515 44 655 49 669 54 621 61 120 66 053 70 986 77 513 82 371 Tabla 2.5 Gasto - Volumen para diferentes Tr. Figura 2.4 Distribución de probabilidad gastos. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 11 de 27 P. H. Tenosique 2.6 Julio 2014 OBRA DE EXCEDENCIAS. Se optó por emplear la distribución de probabilidad Doble Gumbel debido a que se apega más al comportamiento de los registros históricos, considerándose un periodo de retorno de 10 000 años. 2.7 Obra de excedencias Tr de 10 000 P. H. Tenosique 14 178 m /s 3 OBRA DE DESVÍO El gasto utilizado para dimensionar a la obra de desvío, es el gasto máximo instantáneo registrado en la estación hidrométrica Boca del Cerro, presentado el 24 de octubre del 2008, que se apega mucho al estimado para un Tr de 50 años. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique Obra de Desvío m3/s P. H. Tenosique 9 153 LETEN3013CAGIE003 Página 12 de 27 P. H. Tenosique Julio 2014 3 ACTUALIZACIÓN DEL ESTUDIO HIDROENERGÉTICO 3.1 FUNCIONAMIENTOS DE VASO El análisis de las alternativas del estudio contemplan la instalación de 6 turbinas Bulbo de 70 MW o 3 turbinas Kaplan de 140 MW para tener una potencia instalada de 420 MW en ambas opciones. 3.2 VOLÚMENES Y ESCURRIMIENTOS. PH TENOSIQUE. Las entradas al sitio del anteproyecto Tenosique se encuentran conformadas por los escurrimientos registrados en la estación hidrométrica Boca del Cerro, debido a que se encuentra dentro de la zona del sitio del proyecto. Dicha estación cuenta con un periodo de registros del año de 1949 a 2012 (64 años). A continuación en las figuras 3.1 y 3.2 se presentan los volúmenes y gastos obtenidos. Figura 3.1. Volumen medio mensual al sitio del PH Tenosique, (hm3). Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 13 de 27 P. H. Tenosique Julio 2014 Figura 3.2. Volumen medio anual al sitio del PH Tenosique, (hm3). 3.3 POTENCIA INSTALABLE Y GENERACIÓN MEDIA ANUAL La potencia instalable propuesta es de 420 MW, considerando un NAMO a la cota 33 msnm y un NAMINO a la elevación de 29 msnm. Los escurrimientos que llegan al anteproyecto Tenosique son los registrados por la estación hidrométrica (EH) Boca del Cerro cuyo periodo de registro corresponde de 1949 – 2012. (64 años). En la Figura 3.3 Curva Elevaciones – Áreas – Capacidades, P.H. Tenosique., se muestra la curva elevaciones - áreas - capacidades. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 14 de 27 P. H. Tenosique Julio 2014 Figura 3.3 Curva Elevaciones – Áreas – Capacidades, P.H. Tenosique. La simulación analítica del funcionamiento de vaso, se desarrolló bajo el análisis de dos alternativas, la primera contemplando la instalación de seis turbinas Bulbo de 70 MW, y la segunda, tres turbinas Kaplan de 140 MW para obtener una potencia instalada de 420 MW, en ambos escenarios operando bajo los mismos niveles en el embalse. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 15 de 27 P. H. Tenosique 3.4 Julio 2014 ESTUDIO HIDROENERGÉTICO ALTERNATIVA BULBO Tomando como base, los registros de la estación hidrométrica (EH) Boca del Cerro, se consideró para el diseño del anteproyecto de la central hidroeléctrica la instalación de 6 turbinas bulbo de 70 MW, esta simulación se realizó para las siguientes condiciones, garantizando que se tenga un déficit medio en todo el periodo de simulación del 5 %: Potencia Instalable 420,00 MW NAMO 33,00 m NAMINO 29,00 m Nivel propuesto de desfogue 19,18 m Carga de diseño 12,99 m Eficiencia hidráulica 0,9855 Eficiencia turbina 0,98 Eficiencia generador 0,95 Eficiencia turbo-generador 0,901 Eficiencia global 0,9175 Volumen medio anual 59 904 hm³ Tabla 3.1 Datos de entrada. Alternativa Bulbo Los principales resultados de la simulación analítica del funcionamiento de vaso para la potencia de 420 MW se muestran en la Tabla 3.2. Generación Firme Media Anual en Todo el Periodo 891,41 GWh Generación Secundaria Media Anual en Todo el Periodo 1 211,27 GWh Generación Total Media Anual en Todo el Periodo 2 102,68 GWh Evaporación Neta Media Anual en Todo el Periodo -12,17 mm Potencia Media en Todo el Periodo 238,90 MW Tabla 3.2 Resultados anuales de la simulación, Alternativa Bulbo. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 16 de 27 P. H. Tenosique 3.5 Julio 2014 ESTUDIO HIDROENERGÉTICO ALTERNATIVA KAPLAN Tomando como base, los registros presentados en el capítulo anterior, se procedió a modelar el funcionamiento de vaso para el anteproyecto Tenosique considerando para el diseño de la posible central hidroeléctrica la instalación de tres turbinas Kaplan de 140 MW, esta simulación se elaboró para las siguientes condiciones: Potencia Instalable 420,00 MW NAMO 33,00 m NAMINO 29,00 m Nivel propuesto de desfogue 19,19 m Carga de diseño 12,48 m Eficiencia hidráulica 0,95 Eficiencia turbina 0,98 Eficiencia generador Eficiencia turbo-generador 0,985 0,9358 Eficiencia global 0,9170 Volumen medio anual 59 904 hm³ Tabla 3.3 Datos de entrada. Alternativa Kaplan Los principales resultados de la simulación analítica del funcionamiento de vaso para la potencia de 420 MW se muestran en la Tabla 3.4. Generación Firme Media Anual en Todo el Periodo 884,65 GWh Generación Secundaria Media Anual en Todo el Periodo 1 203,00 GWh Generación Total Media Anual en Todo el Periodo 2 087,65 GWh Evaporación Neta Media Anual en Todo el Periodo -12,17 mm Potencia Media en Todo el Periodo 237,63 MW Tabla 3.4 Resultados anuales de la simulación. Alternativa Kaplan. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 17 de 27 P. H. Tenosique 4 Julio 2014 OPCIONES ESTUDIADAS El estudio consideró el análisis de diversas opciones. Para lo cual se empleó la topografía existente en la zona del embalse, a partir de la cual se determinó la curva elevaciones-aéreascapacidades del embalse. Esta topografía fue referenciada en coordenadas UTM. En el primer esquema de generación se consideró instalar 6 turbinas tipo bulbo de 70, 60 y 50 MW cada una para obtener potencias instalables de 420, 360 y 300 MW respectivamente, para estas opciones se consideró el NAMO a la elevación 38 msnm. Los esquemas de aprovechamiento planteadas para estas propuestas consisten en una cortina constituida por materiales térreos desplantados sobre el aluvión del río, el cual se prevé será tratado primeramente por vibrocompactación, las ataguías están integradas a la cortina, en el proceso de construcción obturarán el cauce y obligarán a canalizar el flujo de la corriente del río a través de la obra de desvío-vertedor ubicada sobre la margen izquierda; dicha obra, funcionará posteriormente durante la vida útil del proyecto como obra de excedencias, la cual estará integrada por siete orificios controlados por compuertas tipo radial. La obra de generación es al exterior y se ubica sobre la margen derecha del río, la casa de máquinas alojará seis unidades turbogeneradoras tipo Bulbo. El esquema que a la fecha se ha podido identificar generando con regulación diaria para estos niveles, corresponde a la potencia instalable de 420 MW, con la generación media anual de 2 025 GWh determinada para un déficit del 5 % y factor de planta de 1. Este factor de planta garantiza la operación las 24 horas durante todo el año, de esta manera se pretende alterar lo menos posible el régimen hidrológico natural del rio. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 18 de 27 P. H. Tenosique 5 Julio 2014 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El esquema de aprovechamiento propuesto, consiste en una cortina de materiales graduados con las ataguías integradas a la misma; casa de máquinas exterior que alojará seis unidades tipo bulbo, ubicada sobre la margen izquierda y obra de desvío-vertedor localizada en la margen derecha del río Usumacinta. La obra de contención propuesta que formará el embalse se prevé esté apoyada directamente del aluvión del río, el cual será previamente tratado mediante vibrocompactación. La propia cortina con sus ataguías integradas, obturarán el cauce y obligarán a canalizar el flujo de la corriente del río a través de la obra de desvío. La posible obra que servirá para realizar el manejo del río durante la construcción de las obras se propone efectuarla por la margen derecha, la cual en principio se utilizará como obra de desvío y posteriormente durante la vida útil del proyecto se planeta que funcione como obra de control y excedencias. Para el control de los escurrimientos en exceso se propone un vertedor con 5 compuertas tipo radial, las cuales además de mantener los niveles del agua apropiados para la operación de la central, permitirán derramar el agua excedente del embalse que no sea posible turbinar. 5.1 OBRA DE DESVÍO El esquema propuesto no considera la construcción de una obra de desvío propiamente dicha, ya que se contempla efectuar el desvío del río Usumacinta a través de la obra de control y excedencias, por lo tanto, se contempla como necesaria la construcción de las obras que integran el proyecto en ambas márgenes del río, mientras el caudal continúa su curso por el cauce principal, dando prioridad a la construcción de la estructura vertedora ubicada sobre la margen derecha. Una vez concluida la obra de excedencias propuesta, se procederá a efectuar el cierre del río para desviar su caudal a través de los cinco vanos que conforman dicha estructura y una vez efectuado éste; se continuará con la colocación de los materiales que conforman la cortina hasta su coronamiento. El canal de acceso se ha considerado sin revestimiento, la elevación de la plantilla se ubicó en la cota 9,50 m. Ambas ataguías se encuentran integradas al cuerpo de la cortina, la corona de la ataguía aguas arriba está a la elevación 31,00 msnm. Para la ataguía aguas abajo, la corona se encuentra a la elevación 24,50 msnm, ambas ataguías tienen un ancho de 8 m. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 19 de 27 P. H. Tenosique 5.2 Julio 2014 OBRA DE CONTENCIÓN La posible obra de contención se ubicaría aproximadamente a 100 m aguas arriba del puente Usumacinta, es de materiales graduados, tiene una altura de 37,50 m desde su desplante hasta su corona la cortina se construirá directamente sobre los aluviones del cauce del río. La cortina propuesta considera un eje recto y prácticamente perpendicular al curso del río, su corona se encuentra a la elevación 37,50 msnm. 5.3 OBRA DE GENERACIÓN Se propone ubicarla sobre la margen izquierda del río, la casa de máquinas es exterior y se alojaría lo más cercana al cauce con el fin de reducir las excavaciones de los cortes sobre la ladera y por ende los costos asociados a este rubro. El canal de llamada de la obra de toma está considerado sin revestimiento, tendría un ancho longitud de 359,25 m, La estructura para captar y conducir el flujo de agua propuesta para operar el equipo turbogenerador, las bocatomas, tendrían una sección abocinada, las cuales se conformarían por concreto hidráulico y cuya estructura frontal formaría parte del paramento de aguas arriba de la obra de toma. Se tiene previsto que el control de la obra de toma se desarrolle desde la corona de la cortina (elevación 37,50 msnm), desde la cual, a través de una grúa pórtico se podrían operar las compuertas tipo aguja destinadas para este fin. La casa de máquinas se ha previsto al exterior y alojaría seis unidades turbo-generadoras tipo bulbo de 70 MW de capacidad cada una, es decir de 420 MW de potencia instalable. El Nivel de Aguas Máximo Ordinario (NAMO), se propone a la elevación 33 msnm, NDIS 32,17 msnm que se obtuvo de los estudios pertinentes, el nivel de desfogue de una unidad es 13,02 msnm, mientras que para todas la unidades la elevación es 19,18 msnm. El control en el desfogue se propone ser desarrollado por medio de compuertas tipo aguja (obturadores) operadas por una grúa pórtico, desde una plataforma. El canal de desfogue tiene un ancho de 124,40 m y una longitud de 469,25 m hasta la confluencia con el cauce del río. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 20 de 27 P. H. Tenosique 5.4 Julio 2014 OBRA DE CONTROL Y EXCEDENCIAS La obra de excedencias es una de las principales estructuras que integran un aprovechamiento hidráulico, ya que su principal función es descargar los volúmenes de agua excedente que se presenten en la época de avenidas. De acuerdo con el tipo de cortina que se propuso para el proyecto; el diseño de esta estructura se prevé proyectar en canal, además de garantizar que la obra tendrá la suficiente capacidad para descargar el volumen de agua que supere la capacidad del embalse al NAMO. Se analizaron varias alternativas de esquemas de aprovechamiento por ambas márgenes, sin embargo, de acuerdo con los resultados de cada esquema propuesto, se identificó que la obra de excedencias debe desplantarse en la margen derecha del río, debido a que la descarga del canal de salida sobre esta margen presenta mejores condiciones hidráulicas al ser una descarga frontal con respecto al flujo del río. Para garantizar lo expuesto en los párrafos anteriores, la obra de excedencias estaría conformada por un vertedor controlado por compuertas radiales. Por otro lado, con la finalidad de optimizar los procesos, la posible obra operaría como obra de desvío durante la construcción del proyecto. Cabe hacer mención que la obra de excedencias se dimensionó para que tenga la capacidad de descargar la avenida de diseño que corresponde a un gasto de 14 178 m³/s y un Tr = 10 000 años. La obra propuesta se ubica sobre la margen derecha del río, el canal de llamada es sin revestimiento y está ubicado a la elevación 9,50 m. La estructura de control de los gastos se prevé desarrollar mediante cinco compuertas radiales, separadas con pilas. Al final de la rápida se está colocando un tanque amortiguador en sección rectangular. El canal de salida se propone revestido de concreto armado, para evitar la socavación por la variación de velocidades y gastos a los que operaría normalmente. 5.5 SUBESTACIÓN ELEVADORA DE POTENCIA La subestación elevadora de potencia de 400 kV se propuso para ser ubicada al exterior sobre la margen derecha, a un costado del canal de salida del Desvío-Vertedor; la plantilla estaría a la elevación 30 msnm, también se propone una subestación de 34,5/13,8 kV a la misma elevación. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 21 de 27 P. H. Tenosique 6 Julio 2014 PROGRAMA DE OBRA Las etapas de construcción planteadas para erigir las obras son cuatro, a continuación se realiza una breve descripción: 6.1 PRIMERA ETAPA ACTIVIDADES: (12 MESES) SE PROPONEN LAS SIGUIENTES 1.- Excavación a cielo abierto en ambas márgenes del río hasta la elevación 30 msnm, en las zonas donde se alojarían las obras de desvío-vertedor y obra de generación. 2.- Excavación a cielo abierto de los canales de llamada, de los recintos para alojar las obras de desvío-excedencias y generación; así como los canales de descarga. La estanqueidad se obtendría mediante ataguías naturales a la entrada y salida de los canales a la elevación 30 msnm, así como una pantalla de inyecciones en ambas ataguías y en todo el perímetro de la zona de obras. 3.- Inicio de la construcción del nuevo puente carretero y ferroviario que permitiría cruzar el río Usumacinta, y que se ubica aguas abajo del puente actual. 4.- Excavación a cielo abierto de los accesos a casa de máquinas, corona de la cortina y a la obra de desvío-excedencias. 5.- Posible inicio de la construcción de la obra de desvío-excedencias. 6.2 SEGUNDA ETAPA ACTIVIDADES: (12 MESES) SE PROPONEN LAS SIGUIENTES 1.- Terminación de la construcción del nuevo puente carretero y ferroviario que permitiría cruzar el río Usumacinta, y que se ubicaría aguas abajo del puente actual. 2.- Construcción de la estructura de control de la obra de desvío-excedencias y canal de descarga. 3.- Posible Inicio de la construcción de casa de máquinas y subestación elevadora. 4.- Densificación en el cauce del río, en la zona de las ataguías y obra de contención. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 22 de 27 P. H. Tenosique 6.3 TERCERA ETAPA ACTIVIDADES: Julio 2014 (12 MESES), SE PROPONEN ALS SIGUIENTES 1.- Remoción de los bordos naturales en la entrada y salida del canal de la obra de desvío para posible inicio de operación. 2.- Construcción de las ataguías y cortina de materiales térreos. 3.- Instalación del equipo electromecánico necesario para posteriormente colocar en la última etapa, las compuertas radiales para la terminación de la obra de excedencias. 4.- Inicio de instalación del equipo electromecánico y auxiliar en casa de máquinas y en subestación elevadora. 5.- Conclusión de las obras de casa de máquinas y subestación elevadora. 6.4 CUARTA ETAPA ACTIVIDADES: (12 MESES), SE PROPONEN LAS SIGUIENTES 1.- Remoción de los bordos naturales en la entrada y salida de la obra de generación. 2.- Conclusión de la obra de excedencias (antes obra de desvío) e instalación de las compuertas radiales para el cierre definitivo. 4.- Terminación de instalación del equipo electromecánico y auxiliar en casa de máquinas y subestación elevadora. 3.- Período de pruebas y puesta en servicio. Con el fin de estimar el tiempo requerido para la ejecución de la construcción de las obras que integran el proyecto, se elaboró una propuesta de programa de conceptos principales, en donde se han considerado los conceptos de las actividades más relevantes que implican un mayor tiempo de ejecución y que está acorde con las cuatro grandes etapas mencionadas que contemplan el proceso constructivo de la obra. Este planteamiento de programa considera para la obra civil cinco rubros principales: Infraestructura, obra de contención, planta hidroeléctrica, obra de excedencias (desvío) y las afectaciones. Para la obra electromecánica; se consideran tres rubros que comprenden a la planta hidroeléctrica, la obra de control y excedencias y a la subestación elevadora de potencia. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 23 de 27 P. H. Tenosique 7 Julio 2014 PRESUPUESTO Y EVALUACIÓN ECONÓMICA La determinación de la bondad de un proyecto hidroeléctrico, desde el punto de vista económico, se basa en la relación que existe entre los costos necesarios para la realización de dicho proyecto y la generación que éste puede ofrecer. Para relacionar estos dos parámetros se usarán tres índices: la relación beneficio/costo (B/C), el costo nivelado del kWh y el costo del kW instalable. La energía firme de punta anual se considera para 4 horas diarias, 6 días a la semana, las 52 semanas del año. La energía firme fuera de punta anual es la diferencia entre la energía firme anual y la energía firme de punta anual. La energía media anual es la suma de la energía firme anual y la energía secundaria. A partir de los volúmenes de obra estimados para cada uno de los componentes del proyecto, y del catálogo del PH Chicoasén II, se determinó el costo de la obra civil; el costo del equipo electromecánico fue entregado por algunos proveedores. De acuerdo con lo anterior se estimó el costo total del proyecto a precios del 2013. El costo total del proyecto comprende: costos directos de la obra civil y de la obra electromecánica, más porcentajes variables de imprevistos en las obras civiles. El costo del dólar se consideró de 12,60 $/USD. Para seleccionar la potencia instalable se utilizó el índice de evaluación relación (Beneficio/Costo) incremental; donde se define como costo (beneficio) incremental al cambio en el costo (beneficio) total del proyecto que se obtiene al incrementar la generación de energía en una cantidad dada. La metodología se describe en capítulo de Planeación de Sistemas de Aprovechamiento Hidroeléctricos del Manual de Diseño de Obras Civiles de la CFE. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 24 de 27 P. H. Tenosique 8 Julio 2014 CONCLUSIONES Los niveles de operación del esquema planteado con NAMO 33 msnm no afectan los niveles naturales del río en el tramo binacional México - Guatemala, por lo que el proyecto concebido continúa siendo un proyecto completamente nacional. Comparando las alternativas Bulbo y Kaplan los resultados en cuanto a generación son muy similares, la alternativa Bulbo tiene una generación media anual de 2 102,68 GWh que es mayor a la energía que se obtiene con la alternativa Kaplan que es de 2 087,65 GWh. En la alternativa Bulbo se consideran 6 turbinas de 70 MW con lo cual se puede tener una operación que se apega mejor a los escurrimientos del río. Con la alternativa Kaplan se obtuvieron grandes dimensiones de turbina y generador que son poco prácticos y que están fuera del rango de operación. Además debido a la profundidad del desplante de casa de máquinas que anda aproximadamente en la cota -36 msnm se tendrían grandes filtraciones durante la construcción, con la alternativa Bulbo la profundidad de excavación es menor, ya que el desplante anda en la cota -15 msnm Se requiere de una topografía de mayor detalle, una vez que se cuente con esta información se deberán realizar las modificaciones al diseño de las obras, así como al esquema general de acuerdo a la información topográfica actualizada, ya que en el presente estudio se trabajó con topografía de bajo detalle. Se propone que las políticas de operación sean mediante un factor de planta de 1, el cual permite mantener la variación natural del flujo del río, así como el diseño de una estructura que permita el paso de las especies río arriba, cuyo diseño de esta última deberá considerar la experiencia y eficiencia documentada en otros proyectos hidroeléctricos. Dada la posible ubicación del proyecto, es imperante sustentar ante organismos gubernamentales y no gubernamentales su viabilidad. El proyecto propuesto contempla el cabal cumplimiento de la normatividad aplicable referente al patrimonio cultural; en materia de impacto ambiental; impacto social; entre otras. Sin embargo, es necesario desarrollar estudios complementarios que den sustento a la factibilidad del proyecto. Estudio de Factibilidad del P. H. Tenosique LETEN3013CAGIE003 Página 25 de 27 P. H. Tenosique 9 Julio 2014 BIBLIOGRAFÍA Análisis de Viabilidad Legal y Social del Proyecto Hidroeléctrico Tenosique, Tabasco. Universidad Autónoma Metropolitana. 2009. Aldo I. Ramírez. La seguridad de presas desde la perspectiva hidrológica Conferencia Enzo Levi 2010 (Versión reducida del artículo publicado en Tecnología y Ciencias del Agua, Vol. II Núm. 2 Abril-Junio, 2011) Aparicio Mijares, F. (1999). Fundamentos de Hidrología de Superficie. Editorial Limusa. 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