proyecto
Desarrollo de Herramientas Tecnológicas para Gestión y Monitoreo Remoto de Sistemas Hidrológicos de Centrales Hidroeléctricas.
Registration in:
16COTE-60112
2016-60112-INNOVA_PRODUCCION
Author
Valentina Hernández Castillo
Enel Generacion Chile S. A.
Institutions
Abstract
El Objetivo General de este Proyecto es Monitorear Cuencas Caudales y Bocatomas de Centrales Hidroeléctricas en Chile y en Italia Utilizando Redes Inalámbricas de Sensores para Disponer de Información Relevante y Oportuna para la Operación Eficiente de la Planta. Los Datos Medidos Autónomamente en Terreno Deben Ser Transportados en Forma Automática y en Tiempo Real a un Servidor en la Nube y Quedar a Disposición en Línea de Operarios y Programas de Software que los Utilicen. Los Objetivos Específicos del Proyecto Son:1) Monitorear en Tiempo Real las Variables Hidrometeorológicas Esenciales para la Operación de Centrales en Localidades Remotas y Posiblemente Aisladas (temperatura y Humedad del Aire Precipitación Líquida Nivel de Embalse o Canal Radiación y Posición del Sol). 2) Obtener Imágenes a Demanda de Sitios Remotos y Aislados (ej. Bocatomas) Utilizando la Misma Plataforma de Monitoreo Hidrometeorológico del Objetivo Anterior. 3) Monitorear Simultáneamente 30 Sitios Diferentes en Chile y en Italia y Disponibilizar los Datos Así Obtenidos en una Plataforma Común en la Nube. 4) Lograr un Sistema de Monitoreo Comprobadamente Robusto en sus Componentes Electrónicas Mecánicas y de Software Frente a la Variedad de Condiciones Meteorológicas y Ambientales a las que Estará Expuesto durante su Operación. 5) Disponer de un Sistema Altamente Autónomo para la Administración Remota de Micro-estaciones. 6) Demostrar que los Costos y Confiabilidad de la Solución Tecnológica Propuesta Hacen Viable su Adopción Masiva en la Industria de Generación Hidráulica. El Proyecto Propuesto Considera el Desafío de Monitorear Recursos Hídricos Remotos de Plantas de Generación Eléctrica en Chile e Italia Usando la Incipiente Tecnología de Redes Inalámbricas de Sensores. Concretamente Cada Central Hidroeléctrica Cuenta para su Operación con una Red Generalmente Numerosa y Geográficamente Extensa de Canales y Embalses que Captan y Acumulan Agua de Múltiples Cuencas. Es Frecuente que las Descargas de Agua de una o Varias Centrales Sean a su Vez Aportadas como Fuente de Agua a Otras Centrales Aguas Abajo. Para Lograr un Uso Eficiente del Agua en el Sistema Hidrológico Completo y Operar Cada una de las Centrales Eficientemente es de Vital Importancia Contar con Información Precisa en Tiempo Real sobre el Estado del Sistema Hidrológico Completo. La Información Necesaria Incluye Variables como Niveles de Embalses Caudales de Canales Reservas de Agua en Forma de Nieve en Cuencas de Montaña Tasas de Derretimiento de Nieve Meteorología Local de Cada Cuenca Etc. Monitorear a bajo Costo Esta Amplia Gama de Variables a la Vez en Numerosos Sitios Generalmente Remotos y Distribuidos sobre una Vasta Extensión Geográfica es un Desafío Tecnológico Complejo que No ha Sido Resuelto Satisfactoriamente. Desde 2010 un Equipo Humano de Dictuc ha Estado Desarrollando la Tecnología para Monitoreo Hidrometeorológico en Línea de Zonas Remotas (https://drive. Google. Com/folderview?id=0bx9ltlsysn9bnzbuzwrltgpizek&,amp,usp=sharing). En 2015 Endesa Llevó a Cabo una Evaluación Piloto con los Primeros Prototipos de la Tecnología Realizando Monitoreo de Variables Meteorológicas en 3 Sitios en las Cuencas de las Centrales Hidroeléctricas Cipreses y Abanico de Endesa. Los Resultados Sugieren que la Tecnología Tiene un Fuerte Potencial para Resolver el Problema Complejo Antes Descrito --a un Costo Viable-- Pero Persisten Numerosas Interrogantes y Desafíos de Investigación y Desarrollo que Deben Ser Resueltos para Validar que la Tecnología es Viable en la Escala y Versatilidad que Necesita la Industria de Generación Hidráulica. La Evaluación Piloto en Cipreses y Abanico También Generó Interés por Parte de Enel la Matriz Italiana de Endesa. En Italia las Centrales a Menudo se Nutren de un Centenar de Pequeños Embalses y Bocatomas de bajo Caudal. Éstas Tienden a Obstruirse con Sedimentos y Vegetación Acarreada por las Fuertes Tormentas que Ocasionalmente Ocurren en Verano. Interesa por Tanto Refinar los Pronósticos Meteorológicos Regionales a Escala de Quebradas Individuales y Detectar Oportunamente Situaciones Locales de Obstrucción. Así Surgen las Idea de Incorporar Nuevos Sensores y la Capacidad de Toma de Imágenes a Demanda a las Micro-estaciones. La Presente Propuesta Aborda los Desafíos de Investigación y Desarrollo en Torno a la Problemática Descrita Anteriormente. Se Desea Validar las Hipótesis que Esta Tecnología Permite (i) Monitorear las Múltiples Variables Críticas de Sistemas Hidrológicos en Localidades Remotas en Tiempo Real (incluidas Imágenes a Demanda), (ii) Monitorear Simultáneamente una Cantidad de Ubicaciones Geográficas Relevante del Sistema Hidrológico, y (iii) Realizar lo Anterior a un Costo que Haga Viable la Adopción Masiva de la Tecnología. Los Prototipos Ensayados por Endesa en 2015 Son Capaces de Medir Temperatura y Humedad del Aire Precipitación Líquida y el Espesor del Manto de Nieve. Las Estaciones Tienen la Capacidad para Reportar Estas Mediciones hacia un Servidor en Internet ya Sea por Enlaces Satelital o Celular (según Disponibilidad de Cobertura Celular). El Presente Proyecto Construirá sobre los Prototipos Disponibles y Resolverá Nuevos Desafíos de I+d en 4 Líneas Principales:1) Integrar a las Micro-estaciones Sensoras la Capacidad de Capturar Imágenes a Demanda y Enviarlas Inalámbricamente hasta el Servidor en la Nube. Este Desafío Tiene una Importante Componente de Investigación ya que Requiere Idear Nuevos Protocolos de Comunicaciones desde y hacia la Red de Sensores. En Efecto Actualmente No se Cuenta con una Solución para Comunicar una Solicitud de Imagen hacia una Micro-estación Específica de la Red. La Solución Además Debe Funcionar Tanto Vía Celular como Vía Satelital. Asimismo Tampoco se Dispone de una Solución que Permita Transportar Imágenes desde Micro-estaciones hacia la Nube. Lograr una Comunicación Eficiente y Efectiva de este Tipo de Data de Gran Volumen es un Desafío Mayor que Lograrlo con las Mediciones Individuales de las Variables Soportadas Actualmente. 2) Integrar a las Micro-estaciones un Nuevo Tipo de Sensor de Radiación Solar y Posición del Sol de Interés Particular para Endesa y Enel las que Necesitan Esta Data Alimentar Modelos Meteorológicos y de Pronósticos de Caudales,3) Validar Y/o Mejorar la Robustez Eléctrica y Mecánica de las Micro-estaciones Frente a Condiciones Meteorológicas como Tormentas con Vientos Extremos Incidencia de Rayos Precipitaciones Intensas y Granizo Altos Niveles de Humedad Temperaturas Extremas Etc. Dado que Enel es una Empresa Multinacional con Centrales Hidráulicas en Todo el Globo Realizar Esta Validación en Base a Experiencia Variada Ganada con Múltiples Estaciones Instaladas en Chile e Italia es un Paso Crítico para la Adopción Global de la Tecnología. 4) Desarrollar un Sistema de Administración Remoto de la Red de Sensores Capaz de Manejar un Alto Número de Micro-estaciones. En Efecto las Mediciones Reportados por Cada Micro-estación Requieren Validación y las Anomalías de Operación Deben Ser Detectadas y Analizadas. Si Bien Estas Tareas Pueden Ser Realizadas Manualmente en el Servidor en la Nube para una o Máximo Dos Docenas de Estaciones ello es Caro e Inviable en la Práctica a Mayor Escala. Asimismo las Micro-estaciones Requieren Instalación Periódica de Actualizaciones de Software. La Logística de Realizarlo en Terreno es Compleja y Costosa Aún para Pocas Estaciones. Ello Hace Indispensable Desarrollar Mecanismos para Reprogramar las Estaciones Remotamente desde un Servidor en la Nube. El Principal Resultado Esperado del Desarrollo de este Proyecto es un Sistema Distribuido de Micro-estaciones de Monitoreo para el Pronóstico en Tiempo Real de Caudales en Cuencas de Montaña. Las Micro-estaciones de Monitoreo Podrán Estar Equipadas por los Siguientes Sensores:1) Sensores de Variables Ambientales Tales Como: Temperatura del Aire Humedad del Aire Precipitación Líquida. 2) Sensor de Nivel de Agua de un Embalse o Canal o Nivel del Manto de Nieve. 3) Sistema de Captura de Imágenes a Pedido de las Inmediaciones de la Micro-estación. 4) Sensor de Radiación y Posición del Sol. Como Consecuencia de la Realización del Proyecto la Información Recolectada con el Sistema de Monitoreo Permitirá a Enel y Endesa Optimizar la Operación de sus Plantas de Generación Hidroeléctrica mediante la Realización de Análisis como los que Siguen:1) Proveer Pronósticos Fidedignos del Caudal de las Cuencas en Tiempo Real en Base a las Variables Hidrometeorológicas Medidas por las Corporación de Fomento de la Producción