Impacto del cambio climático en la generación de energía hidroeléctrica caso de estudio: Central Hidroeléctrica Cahua

Abstract

La generación hidroeléctrica en el Perú aporta más del 50% de la energía eléctrica producida en el Sistema Interconectado Nacional – SEIN, así que una variación en la capacidad de generación de las hidroeléctricas tendrá un impacto importante en el SEIN. Siendo la generación hidroeléctrica susceptible a los efectos del cambio climático, debido a los cambios en los patrones de escorrentía, surge la necesidad de estudiar los posibles impactos por las variaciones en la climatología. En la presente investigación se analiza los impactos del cambio climático en la generación hidroeléctrica para una central hidroeléctrica dentro del SEIN, ubicada en una cuenca de la vertiente del Pacífico, en este caso la Central Hidroeléctrica Cahua. Por lo que, se desarrolló una metodología compuesta por tres partes: Análisis climatológico de los modelos de cambio climático; análisis del sistema hidrológico de la cuenca en estudio y análisis de la generación de energía hidroeléctrica. En la primera parte se analiza las variables de precipitación y temperatura de los modelos climático GCM, evaluados en los escenarios RCP4.5 y RCP8.5, a escala diaria. La segunda parte consiste en el montaje y calibración del modelo hidrológico (GR4J) de la cuenca, para el que se obtuvo resultados satisfactorios con índices de desempeño de Nash-Sutcliffe (NSE) de 0.9117 y Kling-Gupta Efficiency (KGE) de 0.9298. En la última parte, se planteó un modelo de generación de energía hidroeléctrica para una planta en particular, en función de la disponibilidad hídrica y sus reglas de operación, cuyo resultado de eficiencia fue de 0.88, considerando que es aceptable. Mediante la integración de estas tres partes se obtuvo resultados de la precipitación, temperatura, escorrentía y generación de energía, en los escenarios RCP4.5 y RCP8.5, para los periodos futuro cercano (2040-2070) y futuro lejano (2070-2100), encontrando que probablemente no haya variaciones importantes del caudal medio mensual, y en promedio se podría generar una disminución de 10.40% (RCP4.5) y de 7.92% (RCP8.5). Los resultados de la producción de energía indicarían probables incrementos para ambos escenarios de cambio climático, el cual podría llegar hasta un 25.55% (RCP4.5) y 23.07% (RCP8.5), esto se debe a que, la generación de energía no se vería afectada durante periodos de sequía, ya que el caudal necesario para la máxima eficiencia no disminuye. Sin embargo, durante periodos de avenidas, podría haber decrementos en la escorrentía. Estos resultados, son válidos para las condiciones y asunciones indicadas en el presente trabajo.

Hydroelectric generation in Peru contributes more than 50% of the electrical energy produced in the National Interconnected System - SEIN, so a variation in the generation capacity of hydroelectric plants will have a significant impact on the SEIN. Since hydroelectric generation is susceptible to the effects of climate change, due to changes in runoff patterns, there is a need to study the possible impacts of climate variations. This research analyzes the impacts of climate change on hydroelectric generation for a hydroelectric power plant within the SEIN, located in a basin of the Pacific slope, in this case the Cahua Hydroelectric Power Plant. Therefore, a methodology composed of three parts was developed: climatological analysis of climate change models; analysis of the hydrological system of the basin under study and analysis of hydroelectric power generation. The first part analyzes the precipitation and temperature variables of the GCM climate models, evaluated in the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, with a daily frequency. The second part consists of the assembly and calibration of the hydrological model (GR4J) of the basin, for which satisfactory results were obtained with Nash-Sutcliffe performance indexes (NSE) of 0.9117 and Kling-Gupta efficiency (KGE) of 0.9298. In the last part, a hydroelectric power generation model was proposed for a particular plant, based on its operating rules, whose efficiency result was 0.88, which is considered acceptable. By integrating these three parts, results were obtained for precipitation, temperature, runoff and energy generation, in the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, for the near future (2040-2070) and far future (2070-2100) periods, finding that there will probably be no significant variations in the average monthly flow, and on average a decrease of 10.40% (RCP4.5) and 7.92% (RCP8.5) could be generated. The results of energy production would indicate probable increases for both climate change scenarios, which could reach up to 25.55% (RCP4.5) and 23.07% (RCP8.5), this is due to the fact that the flow for turbining at maximum efficiency would not decrease during low water periods compared to flood periods, which could present decreases, therefore, energy generation would not be affected. These results are valid for the conditions and assumptions indicated in the present work.