INFLUENCIA DE LAS COCINAS DE INDUCCIN EN LOS SISTEMAS DE GENERACIN DE LAS ISLAS GALPAGOS

A. A. Eras R. H. Chumbi

Empresa Elctrica Provincial Galpagos ELECGALAPAGOS, Puerto Baquerizo Moreno, Galpagos. Email: andreaalejandra17@yahoo.com

Empresa Elctrica Provincial Galpagos ELECGALAPAGOS, Puerto Baquerizo Moreno, Galpagos. Email: rene.chumbi@elecgalapagos.com.ec

Resumen La introduccin de cocinas de induccin en un sistema aislado y sensible ambientalmente, donde el sector residencial es el mayor demandante de energa elctrica, requiere de un anlisis desde el punto de vista tcnico, considerando la generacin trmica y renovable, actual y futura por isla, en funcin de la demanda, para establecer las etapas de ejecucin del Programa de eficiencia energtica para coccin por induccin y calentamiento de agua con electricidad en sustitucin del gas licuado de petrleo (GLP) en el sector residencial, impulsado por el Ministerio de Electricidad y Energa Renovable MEER; y, las propuestas de reforzamiento de la generacin en las islas.

Palabras clave cocinas, induccin, generacin, demanda, residencial, Galpagos.

1. INTRODUCCIN En 1986 el Gobierno del Ecuador declar a las islas

Galpagos como Reserva de la Biosfera y en 1990 Santuario de Ballenas. En el ao 2001 fue incluida por la ONU en la lista de Patrimonios Naturales de la Humanidad; adems, en 1998 se aprob la Ley Orgnica de Rgimen Especial para la Conservacin y Desarrollo Sustentable de la Provincia de Galpagos, donde se estableci la Reserva Marina de Galpagos de 138.000 km2, reconocindose de esta manera su valor ecolgico, cultural, educacional y econmico para la conservacin y mantenimiento de especies nicas en el mundo.

Con esta consideracin y con el objetivo de reducir el impacto ambiental en el Archipilago de Galpagos, el gobierno nacional en el ao 2008 present la Iniciativa Nacional Cero Combustibles Fsiles en Galpagos, la cual se enfoca principalmente en los sectores de transporte y electricidad1.

En este sentido, el Ministerio de Electricidad y Energa Renovable MEER en coordinacin con la Empresa Elctrica Provincial Galpagos ELECGALAPAGOS y con el apoyo de gobiernos amigos, ha coordinado el desarrollo de algunos

1 Plan de Mejoramiento y Actualizacin del Sistema de Generacin

Elctrica en el Archipilago de Galpagos - Fase I.

proyectos de generacin de energa elctrica, a travs de fuentes de energa renovable, con el objetivo de reducir el consumo de combustible fsil que se utiliza para generacin en el Archipilago Galpagos.

Adicionalmente, ha impulsado el Programa de eficiencia energtica para coccin por induccin y calentamiento de agua con electricidad en sustitucin del gas licuado de petrleo (GLP) en el sector residencial PEC, con la finalidad de promover el cambio de la matriz energtica y solucionar el problema del subsidio al GLP.

Por otro lado, la Empresa Elctrica Provincial Galpagos y la Unidad de Negocios CELEC EP Termopichincha, elabora el estudio tcnico Recambio Tecnolgico del Parque Trmico de Generacin de Energa Elctrica en las Islas San Cristbal y Santa Cruz, a travs de equipos de Generacin Eficientes, que consiste en analizar la sustitucin de los actuales equipos trmicos que se encuentran instalados en las centrales de las islas San Cristbal y Santa Cruz por equipos trmicos eficientes, garantizando una alta penetracin de energa renovable de las actuales y futuras centrales de generacin no convencional.

As tambin, ELECGALAPAGOS en relacin al programa PEC, elabora el ESTUDIO DEL IMPACTO DE LA IMPLEMENTACIN DEL PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGTICA DE COCCIN POR INDUCCIN PEC- EN LAS ISLAS GALPAGOS, donde se analiza la viabilidad tcnica y econmica de la implementacin de cocinas de induccin con el actual sistema de generacin en cada isla; se determina las etapas de implementacin de las cocinas de induccin; y, se realiza un anlisis econmico y/o financiero para conocer el beneficio de la implementacin del programa. Cabe indicar, que este estudio toma como lnea base los resultados del Recambio Tecnolgico.

2. SISTEMAS DE GENERACIN DE ENERGA ELCTRICA

Los sistemas de generacin de las islas Galpagos, son en su mayora sistemas de generacin trmica, detalle que se observa en la Tabla 1, a continuacin:

Tabla 1: Sistemas de generacin en las islas Galpagos Potencia nominal instalada (kW)

Isla Trmica Elica Fotovoltaica San Cristbal 5.260 2.400 Santa Cruz 8.010 2.250* 1.700** Isabela 3.050 Floreana 138 21 * Se encuentra en construccin el tramo areo de la LT Baltra Santa Cruz. ** El parque fotovoltaico Puerto Ayora de 1.500 kW est operativo desde el mes de junio de 2014.

La isla San Cristbal cuenta con un sistema de generacin trmica de 5.260 kW de potencia nominal, conformada por 6 unidades de generacin que suman 4.950 kW y una sptima fuera de funcionamiento de 0,310 kW (Caterpillar). El rendimiento promedio es de 13,04 kWh/galn de disel. Adems, cuenta con un parque elico de 2.400 kW, el mismo que entr en funcionamiento a finales del 2007. Sin embargo, de acuerdo a las proyecciones de crecimiento de la demanda y a la entrada de nuevas cargas importantes en el sistema elctrico de la isla San Cristbal, es primordial para garantizar el suministro en el mediano y largo plazo, la instalacin de un motor dual de 1.700 kW, que reemplazara a dos actuales equipos trmicos ineficientes2.

A su vez, la isla Santa Cruz cuenta con un parque de generacin trmica de 8.010 kW nominales, conformado por 6 unidades que datan de 1990 en su mayora y 2 grupos Hyundai del 2011, con un rendimiento de 13,77 kWh/galn de disel; de la misma manera, en mayo 2014 entr a operar la planta fotovoltaica Puerto Ayora de 1.500 kWp; tambin, se tienen instalados los aerogeneradores del proyecto elico Santa Cruz - Baltra de 2.250 kW; y est en construccin la lnea de transmisin Baltra Santa Cruz de 50 km, con tramos areos, soterrados y submarino; por otro lado, dentro de la planificacin est el Proyecto fotovoltaico Baltra de 200 kWp, con un sistema de almacenamiento de bateras, para aprovechar el excedente que tendr el parque elico en Baltra en la temporada de frio, tpicamente de junio a noviembre. No obstante, de acuerdo a la proyeccin de la demanda, se ha propuesto la instalacin de equipos duales: 1 Cummins Prime de 900 kW y 2 de 1.700 kW, esto con el objetivo de reemplazar cuatro actuales equipos trmicos.

Para la isla Isabela, que cuenta con una central trmica 3.050 kW nominales, de 5 unidades que datan de 1981, y en conjunto presentan un rendimiento promedio de 13,21 kWh/galn de disel. Se tiene

2 Recambio Tecnolgico del Parque Trmico de Generacin de

Energa Elctrica en las Islas San Cristbal y Santa Cruz, a travs de equipos de Generacin Eficientes.

planificado la implementacin del proyecto: Sistema Hbrido Isla Isabela, que consiste en la instalacin de una planta fotovoltaica de 1.159 kWp, banco de bateras de 900 kVA, y una combinacin de generadores trmicos duales para un total de 1.080 kW.

Finalmente, la isla Floreana tiene una central trmica de 138 kW instalados, conformada por 2 unidades, que estn operativas desde febrero 2011, las mismas que queman una mezcla de disel y aceite vegetal; la central tiene un rendimiento promedio de 11,47 kWh/galn. A este sistema, se suma la rehabilitacin de la planta fotovoltaica: Perla Solar de 21 kWp, operativa desde junio 2014.

3. MATRIZ DE GENERACIN DE ENERGA ELCTRICA 2014

En la Fig. 1, se puede observar la matriz de generacin de energa elctrica de la provincia de Galpagos de enero a julio 2014, la misma que actualmente se ve influenciada por el ingreso de operacin en este ao de centrales de generacin no convencional, como es el caso de las centrales fotovoltaicas en Santa Cruz y Floreana.

Figura 1: Matriz de generacin de energa elctrica provincia de Galpagos de enero a julio 2014 (kWh)

Es notable el aporte de los sistemas trmicos de generacin para satisfacer la demanda de la provincia, los mismos que son indispensables para dar estabilidad en la operacin del sistema de potencia, as como, confiabilidad de servicio a cada isla.

4. METODOLOGA PARA DETERMINAR EL IMPACTO DE LA INCORPORACIN MASIVA DE COCINAS DE INDUCCIN SOBRE EL SISTEMA ELCTRICO DE DISTRIBUCIN

El PEC da la posibilidad que el uso de cocinas de induccin se practique en el sector residencial hasta en un 100%; y, para efectos de estudio, se considera una potencia de 3 kW3 por cocina eficiente y por cliente, con un factor de potencia de 0,95.

En una cocina con cuatro zonas de induccin, se tiene una hiptesis vlida de que las cuatro zonas no

3 Las cocinas de induccin calificadas para el PEC, tienen una

potencia de consumo mxima de 4 kW.

estarn funcionando siempre, por lo cual se aplica un factor de demanda de 80%, de esto se determina el valor de demanda individual (potencia mxima4) que se deber utilizar para el clculo del reforzamiento de la distribucin, incluyendo el cambio de medidor de energa a monofsico a tres hilos.

En base a la informacin otorgada por el Sistema de Informacin Comercial sobre el nmero de clientes por alimentador, se corresponde un factor de coincidencia tomado del libro Distribution Systems de Westinghouse, que a su vez, permite calcular la demanda diversificada a nivel de dicho alimentador; por lo que, en la Fig. 2, se observa el factor de demanda diversificada para las diferentes islas.

Figura 2: Factor de demanda diversificada

Conforme la metodologa establecida por el MEER, para el caso de los alimentadores primarios se recomienda analizar la incidencia de la coccin tomando dos situaciones: la primera, considerando la plena incidencia de las cocinas sobre la mayor demanda del medio da (100%); la segunda, con el 60% de la incidencia de las cocinas sobre la demanda mxima de la noche; recalcando que, la intervencin de las cocinas en el desayuno representar la misma incidencia en la noche.

5. CRECIMIENTO DE LA DEMANDA

De acuerdo a los registros de ELECGALAPAGOS de los ltimos 10 aos, el crecimiento anual de la demanda de energa elctrica es conforme la tasa detallada en la Tabla 2; donde tambin se visualiza el nmero actual de clientes residenciales potenciales que podran acceder a una cocina de induccin.

Tabla 2: Crecimiento Demanda - provincia de Galpagos Isla Potencia Energa # Clientes Residenciales

San Cristbal 5,99% 7,04% 2497

Santa Cruz 6,27% 7,07% 5153

Isabela 11,28% 10,49% 882

4 2,4 kW para una cocina de 3 kW.

Floreana 3,00% 4,00% 38

De la misma manera, la curva de carga mxima que anualmente se produce en la poca de calor, en marzo y/o abril (mes tpico), conforme las costumbres propias de la poblacin, se ve afectada tal como se observa en las Fig. 3, 4, 5 y 6, una vez que se introduzca cocinas de induccin al total de clientes residenciales indicados en la Tabla 2.

Figura 3: Proyeccin de demanda San Cristbal (kW)

Figura 4: Proyeccin de demanda Santa Cruz (kW)

Figura 5: Proyeccin de demanda Isabela (kW)

Figura 6: Proyeccin de demanda Floreana (kW)

Siendo as, se puede determinar el incremento de demanda (kW), la misma que es de: 1.100 kW en San Cristbal; 2.200 kW en Santa Cruz; 402 kW en Isabela y 21 kW en Floreana.

La intermitencia en los tres periodos diarios de coccin, impone el arranque de unidades trmicas por cortos periodos de tiempo.

6. PROPUESTA DE FUENTE DE GENERACIN RENOVABLE ISLA SAN CRISTOBAL

Cada isla tiene sus particularidades en relacin a los sistemas de generacin de energa elctrica; en consecuencia, ELECGALAPAGOS plantea como ejemplo, un escenario que propone un sistema de generacin considerando la implementacin de una planta fotovoltaica, aprovechando el recurso disponible en la isla. Esto est siendo desarrollado en las otras islas con impulso del MEER.

Como precedentes se consideran tres aspectos para ejemplificar un escenario de propuesta de generacin:

a. La estacionalidad de la carga; b. La disponibilidad del recurso elico; c. La disponibilidad del recurso solar;

Estacionalidad de la carga, las condiciones climticas definen dos pocas, de calor y frio, que marcan el comportamiento del perfil de carga anual como se muestra en la Fig. 7.

Figura 7: Demanda de potencia mxima mensual, San Cristbal 2013 (kW)

La disponibilidad del recurso elico, conforme los registros 2012 de los anemmetros y

utilizando la curva de potencia de diseo del

aerogenerador, se determina que la mxima

produccin elica es en la poca de frio. En la

temporada de calor donde se produce la demanda

mxima, la presencia del recurso es mnimo; y, en la

temporada de frio, con demanda mnima, existe

excedente de potencial elico, como se muestra en

las Fig. 8 y 9.

Figura 8. Generacin mensual promedio de potencia parque elico San Cristbal (2012), (kW)

Figura 9: Perfil de generacin elica diaria estacional, San Cristbal (kW)

Disponibilidad del recurso solar, en comparacin con el recurso elico sucede todo lo

contrario, es decir la mxima radiacin solar se

presenta en la poca de calor, como en la Fig. 10.

Esto se ha verificado con los registros que

recomienda el software de diseo PVsyst y la

ubicacin geogrfica referencial (Central Trmica

San Cristbal).

Figura 10. Radiacin solar global promedio sobre la superficie horizontal San Cristbal

Con lo antes indicado, en las Fig. 11 y 12 se

muestra el despacho y aprovechamiento que se

tendra de las diferentes fuentes de generacin en la

isla, donde la propuesta plantea una central

fotovoltaica de 1.000 kW para el 2018, con

proyeccin a 2.000 kW al 2020, requirindose

aproximadamente de 3 ha.

a. poca de calor, da de mxima demanda, donde el aporte fotovoltaico es de 7,41%; el

aporte elico de 2,91% y el trmico de 89,68%.

Figura 11. Aporte por fuente de generacin en demanda mxima

- San Cristbal, proyeccin al 11/03/2018

b. poca de frio, da de mnima demanda, donde el aporte fotovoltaico es de 7,46%; el

aporte elico de 44,82% y el trmico de

47,72%.

Figura 12. Aporte por fuente de generacin en demanda mnima - - San Cristbal, proyeccin al 07/08/2018

En los despachos diarios presentados se observa una buena intervencin de la produccin fotovoltaica y elica, en mayor proporcin en poca de calor y fro, respectivamente. Esta propuesta de implementar una central fotovoltaica, permite mostrar la viabilidad tcnica que conlleva la implementacin de paneles solares para generacin de energa, que adems, tambin podra considerar un sistema de almacenamiento con bateras, para absorber y amortiguar de mejor manera las variaciones del recurso solar permitiendo ampliar los tiempos de respuesta en las unidades trmicas.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Dada la fragilidad medioambiental de las islas Galpagos, es necesario minimizar el consumo de combustibles fsiles para generacin de energa y GLP para coccin. Sin embargo, la operacin de los sistemas elctricos de potencia requieren necesariamente de por lo menos una unidad trmica que permita regular la frecuencia absorbiendo las variaciones de demanda, e ingreso o salida de generacin.

Para la operacin de los sistemas elctricos del Archipilago, a pesar de contar con instalaciones con fuentes de energas renovables; ser imperativa la operacin de equipos trmicos, los mismos que podran

utilizar un combustible amigable con el medio ambiente.

Una mayor demanda en el sistema, la misma que se dar al introducir cocinas de induccin en el sector residencial, permite despachar mayor volumen de energa renovable en funcin de la variabilidad del recurso, el cual puede presentarse en demanda baja, valle o pico.

La configuracin de un sistema de generacin en Galpagos, tiene por objeto despachar prioritariamente las centrales renovables, y as minimizar el consumo de combustibles fsiles.

En relacin al crecimiento normal de la demanda, ms la introduccin de cocinas de induccin, ser imperativo el reforzamiento de la generacin en las islas, a fin de garantizar la confiabilidad del sistema y servicio de energa elctrica.

La propuesta ejemplo del anlisis para la isla San Cristbal, a razn de existir el recurso solar y considerando el ecosistema, concluye en implementar ste y un sistema de almacenamiento, los mismos que interactuarn directamente con el pico de potencia del medio da, principalmente en la poca de calor donde el recurso elico est ausente.

Se recomienda adems, analizar la generacin de energa elctrica a travs de grandes o pequeas centrales fotovoltaicas (generacin distribuida), debido a su aporte significativo durante las horas pico de medio da, donde tienen gran incidencia las cocinas de induccin en el sistema.

8. BIBLIOGRAFA

[1] MEER; "Metodologa para determinar el impacto de la incorporacin masiva de cocinas de induccin sobre el sistema elctrico de distribucin", 2013.

[2] ELECGALAPAGOS; Recambio tecnolgico del parque trmico de generacin de energa elctrica en las islas San Cristbal y Santa Cruz, a travs de equipos de generacin eficientes, 2014.

[3] ELECGALAPAGOS; "Balance de generacin 2014", 2014.

[4] ELECGALAPAGOS; ESTUDIO DEL IMPACTO DE LA IMPLEMENTACIN DEL PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGTICA DE COCCIN POR INDUCCIN PEC- EN LAS ISLAS GALPAGOS, 2014. _________________________________

9. AUTORES

Andrea Eras Almeida.- Ingeniera Elctrica, Mster en Energas Renovables y Medio Ambiente, Jefa de Planificacin en ELECGALAPAGOS.

Ren Chumbi.- Ingeniero Elctrico, Analista de Planificacin en ELECGALAPAGOS.