Energía Hidráulica

En Cundinamarca se encuentran la cuenca del rio Magdalena y la cuenca del rio Meta la primera está conformada por siete subcuencas y la segunda por tres subcuencas, las características de cada una de ellas se encuentran en la Tabla 1.

Partiendo del informe de 2004 realizado por la Corporación Autónoma regional de Cundinamarca, CAR; el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, IGAC; la Universidad Nacional de Colombia y el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM para el estudio nacional de agua (IDEAM - Instituto de Hidrología M. y., 2014), se obtuvo el resumen de la oferta de aguas superficiales de las cuencas de primer orden para la zona de jurisdicción de la CAR en el departamento de Cundinamarca.

Para las aguas superficiales, los caudales más bajos se encuentran en la cuenca del Río Machetá y los más altos en las cuencas del río Negro y Minero. La cuenca del río Bogotá, a pesar de que presenta una baja pluviosidad tiene un alto caudal, es importante tener en cuenta que esta cuenca se encuentra totalmente en el Departamento y cubre 24% del territorio, mientras que otras cuencas son compartidas y el departamento posee únicamente sus partes altas, donde sus caudales son menores pero aprovechables para proyectos con Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH) a filo de agua.

Con la generación a partir de las PCH’s se busca dar suministro a zonas aisladas que abastecen pequeños asentamientos; la energía hidroeléctrica parte del principio básico de la transformación de la energía potencial del agua almacenada en un nivel superior, en energía cinética, (UPME U. d., 2015). Teniendo en cuenta la oferta hídrica en Cundinamarca, los planes de incluir PCH’s en el departamento han facilitado la identificación de proyectos a filo de agua, por lo tanto, al realizar un estudio de caudales y caídas hidráulicas en las 15 provincias, se seleccionó los caudales medios mensuales en 208 estaciones que cubren un periodo de tiempo de cinco años, comprendido entre enero de 2010 y diciembre de 2015 sirviendo de base para establecer la viabilidad técnica de los proyectos.

Metodología para reconocimiento de potencial hídrico

La metodología para el aprovechamiento del recurso hídrico en PERS Cundinamarca, se realizó con la ayuda de diferentes entes gubernamentales, el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM; la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca, CAR; La Corporación Autónoma Regional de la Orinoquia, Corporinoquia; la Corporación Autónoma Regional del Guavio, CORPOGUAVIO; el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, IGAC; la Universidad Distrital Francisco José de Caldas; y la Unidad de Planeación Minero Energética, UPME, que aportaron sus recursos técnicos y administrativos. Sin embargo, y debido a los cambios climáticos y los avances de la tecnología para la medición del recurso hídrico, es importante señalar que la información que se presente requiere de un proceso de actualización y mejora continua en periodos de tiempo especificados, para adaptarlo a los criterios técnicos ambientales vigentes del proyecto a evaluar. Para la evaluación de los proyectos con generación de energía eléctrica a partir de PCH’s en las diferentes provincias del departamento de Cundinamarca, se llevaron a cabo las actividades descritas a continuación.

1. Búsqueda de información para la identificación del número de estaciones meteorológicas y su naturaleza. Las entidades que se utilizaron para tal fin fueron la CAR Cundinamarca, el IDEAM y Corporinoquia. En primera instancia se realizó el acercamiento a la corporación autónoma de Cundinamarca para la obtención de datos en las estaciones que miden el caudal y los perfiles topográficos de las cuencas. Estos datos se solicitaron a través de la página web (https://www.car.gov.co/) diligenciando el formulario de petición.

La información recibida por la CAR Cundinamarca no contenía los datos de 19 municipios, los cuales fueron solicitados a la corporación correspondiente, en el caso de la provincia de Medina y Guavio a CORPOGUAVIO y para la provincia de Oriente a CORPORINOQUIA. Esta última remitió la petición al IDEAM, donde se realizó la solicitud de la información completando también registros de estaciones que no están en la base de datos de la CAR Cundinamarca. El IDEAM maneja una plataforma para la realización de las solicitudes con ayuda de un mapa que describe la ubicación y las características propias de la estación.

Los perfiles topográficos necesarios para el estudio de la caída se realizaron con los planos a escala 1: 100.000 del IGAC para el departamento de Cundinamarca, cada plancha tiene las curvas de nivel a 50 m entre sí. Para el perfil topográfico es necesario seguir la trayectoria de la corriente y ubicar los puntos para ser graficados.

2. Definición de las regiones hidrológicas. Se realizó con base en la división administrativa por provincias que conforma el departamento de Cundinamarca. Según el atlas del potencial hidroenergético en Colombia (UPME U. d., 2015), un aspecto fundamental para la evaluación del potencial en proyectos filo de agua son las agrupaciones hidrológicas, considerando parámetros morfométricos e hidroclimatológicos que dividen a Cundinamarca en dos: agrupación hidrológica Magdalena – Cauca y Orinoco.

El procedimiento utilizado para esta división se conoce como “análisis de clúster” dividiendo el número total de parámetros en uno más reducido con características comunes, (UPME U. d., 2015). Para la validación de los datos que se obtuvieron en esta parte del estudio de la Oferta Energética de PERS Cundinamarca, se tomaron como referencia los mapas obtenidos en el atlas. La división que se realiza es otro indicativo para evaluar el comportamiento de los caudales en el departamento.

3. La selección y caracterización de estaciones de caudal, con periodo de registro mensual, a partir de la información contenida en la base de datos de la CAR y el IDEAM. Para la cuantificación de la cantidad de agua que circula en una cuenca es necesario un equipo de medición. En Colombia se utilizan dos formas de medición, una directa con un instrumento instalado para medir el nivel de la superficie del agua con respecto a un nivel de referencia, Limnímetro (LM), ver Figura 1; y una continua o en intervalos de tiempo regulares con un dispositivo que registra automáticamente el nivel de agua detectado por un sensor, Limnígrafo (LG).

Por diversos factores como daños, falta de calibración o mantenimiento y suspensión, las estaciones pueden no realizar los registros, lo que dificulta el procesamiento de la información para realizar cualquier estudio que involucre este tipo de datos, para el caso concreto de la evaluación del potencial hidroenergético en Cundinamarca es necesario realizar un método basado en ecuaciones de regresión que permita estimar el caudal cuando no se cuenta con registros.

Para la toma de decisiones sobre la implementación de un proyecto en alguna de las provincias del departamento, se analizó el caudal registrado en cada estación caracterizando su distribución espacial y temporal. El análisis característico de datos dio como resultado que espacialmente el caudal se comporta igual en regiones hidrológicas; y temporalmente se agrega en una escala mensual (UPME U. d., 2015).

Al realizar la discriminación de los datos en las estaciones hidrológicas que registran a partir de LM o LG proporcionadas por el IDEAM y por la CAR, se obtuvieron en total 208, también se analizaron los datos obtenidos por las estaciones que miden las precipitaciones en mm de agua, el resumen de las estaciones analizadas se presenta en la Tabla 2.

En la Figura 2 se puede observar la distribución de las 208 estaciones en la red de drenaje del departamento. Las tres provincias con mayor número de estaciones son Ubaté, Tequendama y Sabana Centro, con estaciones de medición de propiedad de la CAR Cundinamarca. En el caso contrario, las provincias con el menor número de estaciones para medir caudal son Magdalena Centro y Medina, estas son provincias con municipios grandes en extensión territorial pero sin cuencas relevantes.

Los registros de las estaciones están en su mayoría incompletos, el 57% de estas pueden utilizarse para la evaluación del potencial hidroeléctrico en el departamento. Debido a que las regresiones calculadas no tienen factores de correlación cercanos a la unidad; dificulta el cálculo de datos en periodos de tiempo inexistentes, en consecuencia, provoca un comportamiento atípico que afecta directamente el promedio anual del caudal en las provincias.

Otro factor que reduce el número de estaciones utilizadas fue el ajuste en los puntos de registro sobre la corriente del rio para obtener el valor de la caída hidráulica.

Evaluación teórica del potencial hidroenergético en el departamento de Cundinamarca

La energía eléctrica es un factor determinante para la economía y el desarrollo de una región, considerando los bajos costos de la generación hidroeléctrica y su confiabilidad en comparación con otro tipo de fuente de energía, su aprovechamiento en orden descendente de pequeño a micro (Ortíz, 2013), seguirá siendo una solución particular para zonas aisladas o Zonas no Interconectadas (ZNI).

El alcance de una pequeña central hidroeléctrica se puede identificar según la Organización Latinoamericana de Energía y del caribe, OLADE; en función de la capacidad instalada y el tipo de usuario, proponiendo la clasificación que se presenta en la Tabla 3 (Ortíz, 2013).

La Figura 3 presenta la variación de la potencia según la caída en metros. Las clasificaciones de las fuentes bibliográficas utilizan un rango similar de potencias, por lo tanto para la evaluación del potencial hidroenergético se hará uso de esta información.

Para el estudio de aprovechamiento de potencial hidroenergético desarrollado en el marco de PERS Cundinamarca, los parámetros más importantes son el caudal y la caída hidráulica, para el primero se desarrolló la metodología anterior, resumiéndose a continuación y en el esquema de decisión de la Figura 226.

1. Como se trata de aprovechamientos a filo de agua, no se cuenta con almacenamiento para la regulación de caudales, por lo que el caudal empleado en la ecuación del potencial corresponde al disponible en épocas secas, con un determinado porcentaje de confiabilidad (UPME U. d., 2015).

2. Teniendo en cuenta lo anterior, y para garantizar la disponibilidad del recurso hídrico, se adoptó como caudal aprovechable el correspondiente a una probabilidad de exceder el 95% (Q95), éste será siempre un valor inferior al caudal medio del río en el sitio del aprovechamiento.

3. Con ayuda de los datos en las diferentes provincias del departamento se calculó el caudal medio anual para la explotación del recurso hídrico, obteniendo los caudales sobre la red de drenaje en Cundinamarca, comprendidos entre 0,32 m³/s en la provincia de Soacha y el máximo 46,01 m³/s para la Provincia de Alto Magdalena.

4. Con el valor del caudal Q95 para cada provincia y las caídas hidráulicas de las cuencas, se calcula la potencia como el producto de estas variables y la eficiencia del sistema. En (Ortíz, 2013) se presenta una buena aproximación para la potencia hidráulica total, dada por la siguiente ecuación:

Dónde: H_est es la altura estática en (m), Q el caudal con una probabilidad de excedencia del 95% en (m³/s) y la aproximación del peso del agua y el volumen es 9,81.

5. Al multiplicar las variables, se obtiene el potencial hidroenergético teórico. Por ejemplo, para la zona hidrográfica del río Frío y otros que desembocan directamente al río Cauca se tiene una potencia teórica de 460.300 kW, mientras que en la zona de las afluentes directas al Magdalena entre los ríos Seco y Negro la potencia es de 174.254 kW. Este valor de potencial no contempla la eficiencia de los equipos mecánicos, el cual es particular de cada proyecto y del tipo de turbina (UPME U. d., 2015), y no contempla las perdidas hidráulicas entre la captación de la PCH y la casa de máquinas, incluyendo la conducción.

6. Los valores de potencial obtenidos y consignados en los mapas desarrollados por el equipo de PERS Cundinamarca, no contemplan proyectos simultáneos, es decir que si se instala una central, el potencial hidroenergético de ésta afecta directamente la posibilidad de aprovechar el potencial hidroenergético de una central aguas abajo.

Finalmente, en la Figura 5 se presenta el mapa de aprovechamiento del recurso hidroenergético para cada uno de los tipos de pequeñas centrales. Se evidencia que hay un potencial para el desarrollo de 18 soluciones de este tipo.

En conclusión, en 7 de las 15 provincias hay algún potencial hidroenergético. Solamente en la provincia de Ubaté existen condiciones para el desarrollo de 5 PCH’s, en las demás provincias se pueden implementar microcentrales (7) y picocentrales (6).