Determinación del potencial hidroeléctrico de una cuenca utilizando el modelo GR4J - Palomares García, Sandra Janet (Universidad Autónoma Metropolitana, 2020)
La implementación de fuentes renovables de energía crea la necesidad de evaluar el potencial hidroeléctrico de un país para conocer la magnitud de posibles sitios de emplazamiento de proyectos orientados a pequeña escala. Este trabajo tiene por objetivo estimar el escurrimiento superficial de una cuenca haciendo uso del modelado matemático y herramientas de geoprocesamiento e identificar sitios potenciales para pequeñas centrales hidroeléctricas. La estructura del mismo es la siguiente: En el Capítulo I se enumeran los objetivos generales y específicos del estudio. En el Capítulo II se realiza una introducción con las características principales de la hidrogeneración y el modelo global de lluvia-escurrimiento GR4J. En el Capítulo III contiene una clasificación de modelos hidrológicos y se da una reseña de la evolución de las centrales hidroeléctricas en México hasta nuestros días y los últimos estudios desarrollados en la identificación del escurrimiento superficial y la hidrogeneración. El Capítulo IV introduce los principales conceptos en la definición de pequeñas centrales hidroeléctricas PCH y la legislación aplicable en la viabilidad en estos proyectos. El Capítulo V describe las características físicas de la zona de estudio seleccionada en la Subregión hidrológica Grijalva-Villahermosa en la zona sierra o Bajo Grijalva-Sierra. El Capítulo VI y describe el funcionamiento del modelo global GR4J utilizado en la determinación de flujo superficial. El Capítulo VII presenta el criterio de eficiencia de Nash y Sutcliffe utilizado como función objetivo en la evaluación de la eficiencia del modelo en los procesos de calibración y validación y se desarrolla el algoritmo de optimización de enjambre de partículas PSO. El Capítulo VIII aborda la metodología. Se enumeran las estaciones climatológicas e hidrométricas con la información de la precipitación y evapotranspiración potencia dentro de la zona de estudio delimitada con ayuda del modelo digital de elevación DEM obtenido con herramientas de geoprocesamiento. Se describen las condiciones iniciales del modelo GR4J y la metodología utilizada en el proceso de calibración y validación. Para la identificación de los sitios potenciales se presentan los criterios de selección y el método en el cálculo del potencial hidroeléctrico. El Capítulo IX muestra los resultados obtenidos Se presenta el caudal ecológico y los caudales calculados con los parámetros validados del modelo de los sitios identificados, trazando la curva de duración de caudales CDC. Con éstas CDC, se identifica el gasto equivalente al 90 % aplicable en la determinación del potencial hidroeléctrico. Se hace un análisis de las simulaciones realizadas con la herramienta HEC-GeoRAS de los sitios identificados. En el Capítulo X se presentan las principales conclusiones del estudio. La simulación permitió obtener valores de gastos en un rango de 0.28 a 6.05 m3 /s. En total se eligieron 13 sitios, con potencial hidroeléctrico global máximo en la cuenca Oxolotán de 3367.79 kW y el mínimo en la cuenca Teapa con 410.99 Kw. Palabras clave: modelo GR4J, pequeña central hidroeléctrica PCH, potencial hidroeléctrico.; The implementation of renewable energy sources creates the need to assess the hydroelectric potential of a country to know the magnitude of possible sites for the placement of small-scale projects. The objective of this work is to estimate the surface runoff of a basin using mathematical modeling and geoprocessing tools and to identify potential sites for small hydroelectric power plants. Its structure is as follows: Chapter I lists the general and specific objectives of the study. Chapter II introduces the main characteristics of hydrogeneration and the global rainfall-runoff model GR4J. Chapter III contains a classification of hydrological models and provides an overview of the evolution of hydroelectric plants in Mexico to this day and the latest studies carried out in the identification of surface runoff and hydrogeneration. Chapter IV introduces the main concepts in the definition of small PCH hydroelectric plants and the applicable legislation in the viability of projects. Chapter V describes the physical characteristics of the selected study area in the GrijalvaVillahermosa or Bajo Grijalva hydrological region. Chapter VI describes the operation of the GR4J global model used in determining surface flow. Chapter VII presents the Nash and Sutcliffe efficiency criterion used as an objective function in evaluating the efficiency of the model in the calibration and validation processes and develops the PSO particle swarm optimization algorithm. Chapter VIII addresses the methodology. The climatological and hydrometric stations are listed with the information of the precipitation and power evapotranspiration within the study area delimited with the help of the DEM digital elevation model obtained with geoprocessing tools. The initial conditions of the GR4J model and the specifications of parameters in the calibration and validation process are described. For the identification of potential sites, the selection criteria and the method for calculating the hydroelectric potential are presented. Chapter IX shows the results obtained. The ecological flow and the flows calculated with the validated parameters of the model of the identified sites are presented, tracing the flow duration curve with the latter, identifying the expenditure equivalent to 90% applicable in the determination of the hydroelectric potential. An analysis is made of the simulations performed with the HEC-GeoRAS tool of the identified sites. Chapter X presents the main conclusions of the study. The simulation allowed obtaining cost values in a range of 0.28 to 6.05 m3 / s. In total 13 sites were chosen, with maximum global hydroelectric potential in the Oxolotán basin of 3367.79 KW and the minimum in the Teapa basin with 410.99 KW. key words: GR4J, rainfall runoff model, Small Hydroelectric Plant SHP, hydropower potential.