Dada su relevancia temática, se ofrece un resumen del trabajo de tesis que realizó Misael Alcaraz Alcaraz para obtener el grado de Maestro en Ingeniería Civil-Hidráulica, el cual lleva por título "Repotenciación de centrales hidroeléctricas: una alternativa para aumentar la capacidad de generación de energía eléctrica, estudio de caso". Esta tesis se desarrolló en el Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL), con el apoyo del programa interno de becarios y con asesoría de personal de investigación del Instituto.

La construcción de la planta Necaxa se realizó durante el gobierno de Porfirio Díaz y partió de la necesidad de satisfacer una creciente demanda de energía eléctrica en el centro del país, que las compañías que entonces operaban en la zona ya no podían cubrir con las condiciones técnicas y económicas de las que disponían. En este contexto, los recursos hídricos de México estaban en la mira de distintos empresarios para aprovecharlos en la generación de energía eléctrica, y la cascada de Necaxa, localizada al norte del estado de Puebla, representaba una gran oportunidad para un proyecto de gran envergadura.

La construcción de la central hidroeléctrica comenzó a finales de 1903 y dos años después, en diciembre de 1905, la planta Necaxa comenzó a transmitir energía eléctrica a la Ciudad de México. Aunque empezó a operar con una sola turbina, a mediados del año siguiente ya estaban en funcionamiento las seis con las que fue proyectada.

No obstante que Necaxa se concibió como una planta generadora de gran capacidad, con los años sufrió varias ampliaciones hasta alcanzar, en 1950, un total de 10 unidades generadoras, y se mantuvo como la mayor central hidroeléctrica del país por más de medio siglo. Posteriormente se convirtió en lo que se conoce como el Sistema Hidroeléctrico Necaxa.

El Sistema Hidroeléctrico Necaxa (SHN) se localiza en el municipio de Juan Galindo, en el estado de Puebla, y está formado por cuatro centrales de generación que utilizan los embalses de los ríos Necaxa y Tenango:

 Necaxa con diez turbinas Pelton, con una capacidad instalada (CI) de 113.5 MW.
 Tepexic con tres turbinas Francis, CI de 45 MW.
 Patla con tres turbinas Francis, CI de 45.6 MW.
 Tezcapa con dos turbinas Francis, CI de 5.3 MW.

La capacidad total de las cuatro centrales es de 209.4 MW.

Estudio de caso

El siguiente estudio de caso tuvo como objetivo analizar, desde el punto de vista técnico, cuatro alternativas para la repotenciación del Sistema Hidroeléctrico Necaxa; a nivel de ingeniería conceptual, de obra civil y electromecánica, y de impacto ambiental.

Dada la creciente demanda de la zona a la que distribuyen el servicio de energía eléctrica en el centro del país y los costos de mantenimiento de las cuatro centrales hidroeléctricas con que cuenta el sistema Necaxa, durante algunos años se analizó la posibilidad de repotenciar este sistema, planteando como alternativa cambiar de un régimen de operación de carga base a uno de carga pico.

El trabajo se desarrolló de la siguiente manera:

 Se hizo una investigación y análisis bibliográfico en el ámbito internacional en materia de proyectos de repotenciación.
 Se realizó una evaluación previa a los proyectos de repotenciación.
 Se llevó a cabo el estudio de caso: Repotenciación del Sistema Hidroeléctrico de Necaxa.

Se definieron cuatro posibles trayectorias por analizar, con base en visitas a campo e información proporcionada. Los trabajos realizados para el análisis de estas cuatro alternativas se enmarcaron en las siguientes áreas principales: hidrología, climatología, geología, aerofotogrametría, impacto ambiental, mecánica y eléctrica.

1. La alternativa uno considera llevar un trazo paralelo al actual, modernizando las obras hidráulicas y las tres centrales de Necaxa, Tepexic y Patla.

2. En la segunda alternativa, se considera salir del vaso de Necaxa y conducir por la margen derecha del río Necaxa (por el suroriente) hasta llegar enfrente de la central de Patla; se realizaría una caverna artificial en la montaña enfrente de la actual central de Patla, para alojar la casa de máquinas.

3. La alternativa tres considera también salir del vaso de Necaxa y conducir por la margen izquierda del río Necaxa (por el norponiente) hasta llegar al sitio de la central de Patla. En esta alternativa saldrían de operación las centrales de Necaxa y Tepexic; la central de Patla se modernizaría en su totalidad.

4. Finalmente, como alternativa cuatro se propuso salir del vaso de Tenango y conducir hasta Tepexic. Se modernizarían las centrales de Tepexic y Patla.

Estas trayectorias se presentan en la siguiente figura:

Se recomendó, desde el punto de vista técnico, después de las investigaciones, evaluaciones y estudio, emplear la trayectoria que parte del vaso de Necaxa (alternativa 3). Esta alternativa presenta mayores ventajas para la factibilidad del proyecto. De esta manera podría continuar operando en condiciones de funcionamiento seguro durante un periodo adicional de vida útil.

Así, se lograrían zonas de interés técnico y económico favorables, desde el punto de vista de ingeniería de obra civil, como las siguientes:

 Obras de entrada cercanas a la central Necaxa y obras de salida en la central Patla.
 El favorable diseño de obras subterráneas: el cuarto de máquinas y el área de transformadores.
 La ubicación estratégica de la zona de la subestación eléctrica.
 Aprovechamiento de la red de distribución actual con adecuaciones específicas.
 La sección trazada es la más regular topográficamente.

Respecto al impacto ambiental, los acueductos en su mayoría irán enterrados, por lo que los impactos ambientales potenciales a identificarse serán los ocasionados por las obras complementarias, tales como caminos de acceso, bancos de tiro de material, entre otros.

Este estudio de caso se suma a la experiencia del INEEL, que a lo largo de más de 40 años ha desarrollado una capacidad tecnológica que lo distingue como un centro de investigación líder del sector energía. El INEEL cuenta con la infraestructura tecnológica y el capital humano que requiere el desarrollo de proyectos de modernización, rehabilitación y repotenciación para cualquier central hidroeléctrica.

Esta capacidad tecnológica del INEEL es adecuada para ejecutar tanto proyectos de ingeniería civil, como electromecánicos y eléctricos. En el caso específico del Sistema Hidroeléctrico Necaxa, el Instituto ha realizado proyectos que han permitido tener opciones para optimizar el flujo de agua existente en el Sistema Hídrico Necaxa. Asimismo, se han realizado proyectos que han tenido como objetivo evaluar la eficiencia energética de sus generadores eléctricos. Es importante señalar que la información obtenida en tales evaluaciones es fundamental en el soporte técnico que requieren los programas de rehabilitación, modernización y repotenciación.

La sociedad actual no podría concebirse sin la producción y el abastecimiento de la energía eléctrica, pues esta se ha convertido en un elemento indispensable para prácticamente todas las actividades de la vida, y una de las fuentes de energía renovable más atractiva es la hidroelectricidad, una energía con grandes beneficios para el mundo de hoy.

Por todo el mundo, muchas centrales hidroeléctricas, en particular las más antiguas, están siendo sometidas a grandes proyectos de repotenciación y esto representa una clara oportunidad para aumentar la capacidad de generación de energía eléctrica sin la necesidad de instalar o construir nuevas centrales.

Las compañías de suministro eléctrico que pretendan repotenciar la capacidad de generación de sus centrales hidroeléctricas deben realizar un análisis completo de todo lo que implica la generación de energía, efectuar un estudio de factibilidad donde se describan aspectos técnicos, económicos y medioambientales.

Se consideró la repotenciación de una planta generadora de electricidad como un recurso que consiste en la modificación del equipo existente en la planta o la instalación del equipo nuevo, con el objeto de aumentar la energía eléctrica generada y así cubrir el aumento de la demanda provocado por expansiones y nuevas necesidades, haciendo que al mismo tiempo se extienda la vida útil de la central. Estos resultados se deben principalmente al rediseño del aprovechamiento hidroeléctrico que involucra necesariamente la optimización del recurso hídrico disponible, es decir, que en todos los casos estudiados es posible repotenciar este tipo de centrales.

Como se puede observar, es posible mejorar el aprovechamiento de instalaciones actuales a través de proyectos de repotenciación, con resultados muy atractivos como son el aumento significativo de la capacidad instalada originalmente y la reducción en el número de unidades. Entre los beneficios más importantes se encuentra el costo al asegurar la utilización de infraestructura civil y equipos electromecánicos existentes, lo cual sería menor que el costo de crear nueva infraestructura.

Sin duda, la repotenciación, junto con la rehabilitación y modernización, son opciones tecnológicas que resultan muy atractivas para aprovechar el potencial energético que aún tienen muchas de las hidroeléctricas que pertenecen al parque de generación eléctrica del país.

Autores:
Francisco Javier González Quiñones, fjgq@ineel.mx
Verónica García Rodríguez, vgarcia@ineel.mx
Armando Moreno Almaraz, amoreno@ineel.mx