Análisis de la generación de potencia mediante el modelamiento de curvas de eficiencia para mejorar la performance en una central hidroeléctrica con turbina tipo Pelton

Abstract

El Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional Peruano (COES), se encarga de efectuar el despacho de corto plazo de las centrales integrantes del Sistema Interconectado Nacional, en la que se asigna la generación de potencia a todas las centrales de este sistema minimizando el costo operativo total, preservando la seguridad y el óptimo aprovechamiento de todas las fuentes de energía presentes en la generación eléctrica del país. Para el caso de las centrales hidráulicas, esta asignación de generación del COES la realiza por central y no considera si dicha central pueda estar conformada por unidades. En épocas de estiaje, cuando el recurso hídrico es limitado, las centrales hidráulicas se ven forzadas a operar a cargas parciales por lo que surge un problema al momento de elegir generar con 1, 2, 3 o más unidades con el objetivo de conseguir la potencia asignada como central, por lo que podría existir múltiples combinaciones, unas mejores que otras considerando el consumo del caudal turbinado por unidad, teniendo en cuenta que cada una de estas unidades cuentan con curvas de eficiencia las cuales varían para cada tramo de operación de la central. En el presente trabajo se analizó la generación de potencia de una central hidráulica mediante un modelamiento de curvas de eficiencia turbina-generador para mejorar la performance de estas centrales conformada por turbinas Pelton. Para tal fin, se revisó las ecuaciones matemáticas que se consideran en la producción de potencia de una central hidráulica, así como el modelo de optimización a aplicar de tal manera que se pueda optimizar la performance de estas centrales. Luego se implementó dicha optimización en GAMS. Finalmente, se procedió con su aplicación a la central hidráulica de Carhuaquero analizando los resultados y los beneficios económicos encontrados a raíz de la implementación de la optimización.

The Economic Operation Committee of the Peruvian National Interconnected System (COES) is in charge of carrying out the short-term dispatch of the power plants that are part of the National Interconnected System, in which power generation is assigned to all the power plants of this system, minimizing the total operating cost, preserving safety and optimal use of all energy sources present in the country's electricity generation. In the case of hydroelectric plants, this COES generation assignment is made by plant and does not consider whether said plant can be made up of units. In times of dry season, when the water resource is limited, the hydroelectric plants are forced to operate at partial loads, which is why a problem arises when choosing to generate with 1, 2, 3 or more units in order to achieve the power assigned as a plant, so there could be multiple combinations, some better than others considering the consumption of the turbine flow per unit, taking into account that each of these units have efficiency curves which vary for each section of operation of the plant . In the present work, the power generation of a hydraulic plant was analyzed by modeling turbine-generator efficiency curves to improve the performance of these plants, made up of Pelton turbines. To this end, the mathematical equations that are considered in the power production of a hydraulic plant were reviewed, as well as the optimization model to be applied in such a way that the performance of these plants can be optimized. This optimization was then implemented in GAMS. Finally, it was applied to the Carhuaquero hydroelectric plant, analyzing the results and the economic benefits found as a result of the optimization implementation.