Políticas de operación de la presa «El Infiernillo» para generación de hidroelectricidad con programación dinámica estocástica

ResumenEl objetivo del trabajo es obtener políticas de operación para un embalse que tomen en cuenta los requerimientos de las dos agencias federales en México encargadas del manejo de los sistemas de almacenamiento de agua para generación de energía eléctrica, con objeto de garantizar por una parte, los mayores beneficios por generación y por otra los menores escenarios de derrames y de déficit para evitar daños en sitios aguas abajo de los embalses. Se puede lograr esto con un modelo matemático de optimización usando diversas metodologías para ello.En este estudio se obtuvieron y simularon políticas de operación, para el sistema hidroeléctrico de «El Infiernillo», obtenidas con el algoritmo de programación dinámica estocástica, herramienta utilizada desde hace casi dos décadas en sistemas hidroeléctricos de gran importancia en el país. La función objetivo utilizada consistió en la maximización de los beneficios por generación, imponiendo castigos por la ocurrencia de derrames o de déficit en el sistema y añadiendo también castigos por posibles rebases en los límites tanto superior como inferior definidos por las curvas guía, las cuales ayudan a conciliar los objetivos de los organismos operadores al establecer con la curva guía superior niveles de almacenamiento adecuados para la seguridad de la presa en presencia de eventos hidrometeorológicos extremos y con la inferior garantizar una reserva de energía al sistema eléctrico nacional. Al aplicar el algoritmo con distintas propuestas de valores de los coeficientes de penalización se obtienen políticas de operación óptima expresadas en forma tabular. Dichas políticas se simularon con el registro histórico de los volúmenes de ingreso quincenal al embalse en el lapso de 1965 al 2013.La extracción en el intervalo de tiempo elegido para la simulación se puede decidir de manera sencilla por el operador con ayuda de una tabla de valores de la extracción según la condición de llenado de la presa; se incorpora además, en el proceso de simulación, el efecto de la autocorrelación en los volúmenes de ingreso al añadir o restar un cierto volumen tomando en cuenta la magnitud del ingreso ocurrido en el intervalo anterior al analizado.

This work deals with getting operating rules for a dam which take into account the Comisión Federal de Electricidad operator's requests, besides to find a balance between the restrictions imposed by Comisión Nacional del Agua, in order to guarantee on the one hand, the biggest benefits for hydropower generation and on the other hand the lowest spill and deficit scenarios to avoid damages in downstream sites. This problem can be solved by applying a mathematical optimization model using several methodologies for this purpose.In this analysis operating rules were obtained and simulated, for the hydropower system “El Infiernillo” using a stochastic dynamic programming algorithm, this method has been applied since almost two decades in several important hydropower dam systems in Mexico. The objective function used was to maximize the generation benefits, imposing penalties in case of spill or deficit in the system and also adding penalties when an upper or lower guide curve could be overtopped on their limits, these guide curves help to reconcile the operator organizations by setting with an upper level the safe dam storage volume for management purposes in case of extremes hydrometeorogical events and with the lower limits a minimum hydropower generation can be guaranteed in the system. With the application of the algorithm in several occasions proposing different penalty values, optimum operating rules expressed as a data table were obtained. Such rules where simulated with the fortnight inflow historical volume to the Dam from years 1965 to 2013.The extraction volume in the time interval chosen for the simulation can be decided in a simply way by the operator helped with an extraction values table according to the storage in the dam; besides is incorporated, during the simulation, the effect of the inflow volume autocorrelation by adding or subtracting a specified volume taking into account the inflow magnitude from the previous time interval, with respect to the mean historical inflow volume in the same previous time interval.