OPCIONES ELECTRICIDAD RURAL Acad. Ing. Nelson Hernández
28
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández 1 OPCIONES ELECTRICIDAD RURAL Acad. Ing. Nelson Hernández Agosto 2017
Transcript of OPCIONES ELECTRICIDAD RURAL Acad. Ing. Nelson Hernández
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
1
OPCIONES ELECTRICIDAD RURAL
Acad. Ing. Nelson Hernández
Agosto 2017
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
2
Índice
Pagina
Resumen
3
Introducción
4
Consideraciones Teóricas
6
Premisas
8
El Modelo
10
Conclusiones
16
ANEXO I: Barreras e Impulsores Electrificación Rural
17
ANEXO II: Almacenamiento de Energía
19
ANEXO III: Costos Nivelados de Electricidad (LCOE)
21
ANEXO IV: Energía Eólica (Aerogeneradores)
23
ANEXO V: Micro Hidroelectricidad
24
ANEXO VI: Empresas Privadas Energía Solar
26
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
3
Resumen
Las prospectivas energéticas muestran una clara tendencia de ir a una electrificación
global. Es decir, poca será la actividad humana donde no esté inmersa la electricidad.
Sin embargo, las personas asentadas en las zonas rurales, serán las más difíciles de
incorporar al servicio eléctrico, si este parte de una generación este centralizada.
En tal sentido, la solución para las áreas rurales es la generación eléctrica en sitio o
distribuida, utilizando principalmente fuentes renovables como la solar y eólica. Ahora
bien, la pregunta a responder es: Cuál de estas fuentes es más conveniente en un
poblado rural determinado?
La pregunta anterior obtiene respuesta a través del uso de las herramientas desarrolladas
en EXCEL, y descritas en este documento. Cabe señalar que para la selección de la
fuente energética se incorpora la metodología de Decisión de Múltiples Criterios que
comprenden aspectos tecnológicos, sociales, económicos y ambientales.
En lo atinente a la potencialidad energética (solar y eólica) se hace uso de herramientas
de internet en línea, las cuales presentan información a través de un mapa mundial
interactivo y dinámico, donde la información base a introducir es el lugar o población a
ser estudiada.
El sistema aquí presentado de análisis de alternativas para la electrificación de una zona
rural tiene como conclusiones las siguientes:
Es un sistema dinámico, automatizado y con respuesta inmediata.
Disponible en la INTERNET (utilización y divulgación libre)
De fácil uso y con utilización de herramientas tecnológicas y de información
modernas y novedosas
Sencillo para la toma de decisiones multi criterios
Lógicamente, los resultados del sistema tienen carácter direccional. Debe ser el primer
paso a realizar ante un proyecto de electrificación rural. Por otra parte, los ANEXOS
proporcionan información adicional y complementaria para la formulación y ejecución
de programas de electrificación rural.
Los modelos de cálculos y documentos referidos a la electrificación rural pueden
ser accedidos y descargados de:
https://app.box.com/s/v50hlozboujlimmvwk4cussedkx5nkjq
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
4
Introducción
La tendencia mundial es de ir a mundo electrificado. Es decir, cada día, el ser humano
dependerá más de la electricidad para realizar sus labores cotidianas, incluyendo el
transporte (carros eléctricos) y la comunicación (telefonía celular y el internet de las
cosas1).
El reporte Global Tracking Framework 2015, desarrollado por la iniciativa Sustainable
Energy for All (SE4ALL) de la ONU, indica que cerca de 1100 millones de personas,
casi 15 por ciento de la población global, no tienen acceso a la electricidad y casi 3000
mil millones de personas, 40 por ciento del mundo, dependen de usos tradicionales de la
biomasa para cocinar. El 97 por ciento viven en zonas de África Subsahariana y en
desarrollo como Asia, con 84 por ciento viviendo en áreas rurales. En contraste,
Sudamérica está en camino de ser electrificado. Sin embargo, aún deben llevarse a cabo
medidas en zonas rurales para proporcionar a más personas energía limpia.
Sin embargo, pese a los intensificados esfuerzos que se realizan en muchos países,
amplios sectores de la población mundial quedarán sin acceso a fuentes modernas de
energía. Más de 500 millones de personas, cada vez más concentradas en áreas rurales
del África Subsahariana, carecerán todavía del acceso a la electricidad en 2040 (frente a
los 1100 millones actuales). Unos 1800 millones de personas seguirán dependiendo de
la biomasa sólida para cocinar (un tercio menos que los 3000 millones actuales); esto
significa una exposición continua al humo en ambientes cerrados que actualmente está
causando 3.5 millones de muertes prematuras al año.
(https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/WEO2016_ExecutiveSu
mmary_Spanishversion.pdf )
De lo anterior se infiere que la población rural, por lógica, es la que padece y padecerá
del servicio eléctrico. Ahora bien, los esfuerzos continúan para darle a esta población
mayor calidad de vida, para lo cual se establecen estrategias y objetivos que conlleven a
su incorporación a la electricidad mediante la generación en sitio (población rural),
utilizando tecnologías con base a energías renovables como la solar, eólica y micro
hidroelectricidad. Es decir, utilizar la potencialidad energética autóctona.
En tal sentido, este documento presenta un análisis de tecnologías y métodos modernos
para determinar cuál de la dupla eólica o solar tiene mayor opción jerárquico producto
de un análisis de Decisión de Múltiples Criterios (DMC).
1 Internet de las cosas (Internet of things, abreviado IoT) es un concepto que se refiere
a la interconexión digital de objetos cotidianos con internet. Los IoT se refieren a una
red de objetos cotidianos conectados a través de Internet, lo que les permitirá recolectar
e intercambiar datos de forma constante. Esta tendencia ha sido llamada “La siguiente
Revolución Industrial”, debido al impacto que se espera que tenga esta sobre la forma
en la que la gente vive, trabaja, viaja, se entretiene e interactúa con las otras personas,
los negocios y los gobiernos alrededor del mundo.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
5
En lo atinente a la potencialidad energética (solar y eólica) se hace uso de herramientas
de internet en línea, las cuales presentan información a través de un mapa mundial
interactivo y dinámico, donde la información base a introducir es el lugar o población a
ser estudiada.
Para obtener el resultado buscado, se utilizan libros Excel para el manejo de los datos:
Uno dedicado a la recopilación de data básica y estimación de la demanda eléctrica, y
el otro a la jerarquización de la dupla mediante DMC.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
6
Consideraciones Teóricas
El servicio básico de electricidad, en condiciones confiables y sostenibles, genera
mejoras notables en la calidad de vida de la población. Sin embargo, debido a que aún
existe una brecha en los niveles de cobertura y una reducida calidad del servicio
eléctrico que se brinda en las áreas rurales, se requiere la ejecución de proyectos de
inversión pública o privada basados en estudios previos que utilicen herramientas
apropiadas para la identificación, formulación y evaluación de proyectos de
electrificación rural.
El gran reto es que los servicios de electricidad ejecutados en áreas rurales aseguren su
sostenibilidad desde la fase de preinversión, para ello es fundamental en dicha etapa la
participación de las entidades o empresas concesionarias encargadas de la operación y
mantenimiento. Así mismo, las soluciones técnicas deben cumplir con la normatividad
relacionada a la electrificación rural, con los análisis necesarios y con la documentación
suficiente de tal manera que garanticen las condiciones mínimas de sostenibilidad de los
servicios.
Entre las diferentes formas de generar electricidad, en las zonas rurales, las más
comunes actualmente son: las pequeñas centrales hidroeléctricas, los sistemas
fotovoltaicos y los aerogeneradores.
En tal sentido, el presente documento plantea un marco de criterios, que sirva de guía a
evaluaciones de proyectos de electrificación de zonas rurales. La aplicación de la
Pobreza Energética y Pobreza de Combustibles
Pobreza Energética: Es la falta de acceso a sistemas limpios y eficientes que proporcionan
energía. Se les considera pobres en energía a aquellas personas que utilizan la fuerza
humana o animal para producirla, y a quienes queman biomasa para calentarse y cocinar.
La pobreza energética tiene carácter colectivo regional.
Es de aclarar que no toda región que se encuentre en pobreza energética, tiene
inseguridad energética.
Pobreza de Combustible: Es la falta de acceso a los sistemas modernos de energía
(electricidad, gas, GLP) por razones, principalmente, económicas. Se han establecido
umbrales para determinar tal pobreza. Uno de ellos es que cada familia no debe gastar
más del 10 % de sus ingresos netos en la adquisición de la energía necesaria para su
funcionamiento normal y cotidiano. La pobreza de combustible es individual o familiar.
Cabe señalar que toda familia que está en pobreza de combustible, no indica que esta en
pobreza crítica. Pero lo contrario si es cierto.
(http://gerenciayenergia.blogspot.ca/2014/06/pobreza-energetica.html)
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
7
metodología es de carácter universal. Lo único que se necesita saber desde el punto de
vista de potencialidad energética, es la ubicación geográfica de la zona o región a
electrificar.
Por otra parte, las mayores necesidades, a nivel de energía, que estas poblaciones
manifiestan son:
Electrificación (alumbrado y comunicación)
Cocción de los alimentos (cocinas limpias2)
Aunque las necesidades de estas poblaciones son pequeñas existe un conjunto de
barreras que dificultan la ejecución de un proyecto que permita el acceso energético en
la calidad y cantidad requeridas. Entre estas están: Instituciones y desempeño de las
partes interesadas, Economía y finanzas, Dimensiones sociales, Sistema técnico y
gestión local e Infraestructura rural. Lógicamente, para contrarrestarlas, existen las
acciones impulsoras: Políticas y subsidios gubernamentales y la Participación del sector
privado. (Más detalles en ANEXO I)
Es de señalar que este documento no pretende abarcar todo lo concerniente o implícito
en un proyecto de electrificación rural. Se limita a presentar una metodología práctica
para seleccionar la mejor opción entre una fuente: solar o eólica.
2 Cocinas Limpias: Se refiere a las cocinas, en ambientes cerrados, que emiten pocos
gases tóxicos, lo cual se puede lograr por la eliminación del uso de la biomasa o
mediantes diseños de cocinas que puedan controlar y/o canalizar la emisión de los gases
de combustión.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
8
Premisas
La metodología propuesta está integrada por dos modelos (dos archivos EXCEL). Un
MODELO A, donde se determina valores de la demanda eléctrica. Un MODELO B, que
toma valores del MODELO A, e incluye otros criterios para determinar la mejor opción
de electrificación.
Todo modelo para su conceptualización y desarrollo necesita ser delimitado (acotado)
con el objeto de dar a la investigación un sistema coordinado y coherente de conceptos
y proposiciones que permitan abordar el problema. Se trata de acotar el problema a
analizar dentro de un marco conceptual con sentido, mediante la incorporación de
conceptos, definiciones, valores, situaciones, índices y esquemas.
En tal sentido, las premisas seleccionadas para el modelo a emplear en la determinación
de la mejor opción para proporcionar electricidad a un área rural son:
Aunque existen otras opciones3 energéticas, solo se analizan la solar y la eólica
y se hace referencia a la micro hidroelectricidad
Se descarta la generación eléctrica en cada vivienda. La electricidad será
suministrada desde un centro de generación mediante una red eléctrica, para
aprovechar la economía de escala.
El número de personas por vivienda es de cinco
El costo de la red eléctrica no se incluye en el análisis, lo cual hace más
transparente la selección de la opción de generación. Es decir, la red eléctrica
cuesta igual para las 2 opciones
El horizonte del estudio es de 20 años. El crecimiento de la población y de la
demanda eléctrica es de 1% y 2 %, interanual, respectivamente.
La demanda eléctrica considera la cocción de alimentos (cocina eléctrica de 2
hornillas) y refrigeración menor
Se incluye las necesidades eléctricas para potabilizar el agua y el suministro a las
casas (bombeo). A tal efecto, se considera una necesidad diaria de agua de 50
litros por persona y de 0.004 Kwh/litro (0.2 Kwh/día/persona)
3 Adicionales están: Biomasa, Biogás, Conexión a red eléctrica y Combustibles líquidos (GLP, Diesel)
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
9
El consumo de electricidad base (expresado en Kwh/mes) para cada vivienda es
el siguiente.
Consumo Energía x
vivienda
Kwh/mes
Alumbrado / artefactos
50
Cocción alimentos
90
Refrigeración
60
Total
200
Se considera que el resto de las edificaciones del poblado (escuela, dispensario,
etc.) tienen un consumo eléctrico del 5 % del total estimado para las viviendas
La capacidad de generación eléctrica a instalar incluye 30 % por encima de la
demanda con el fin de cubrir eventualidades. Por otra parte, el factor operativo
es de 0.4 (9 horas diarias).
Para efectos de cálculos de planificación, la demanda seleccionada a instalar es
la correspondiente al último año del horizonte de estudio.
Por ejemplo: 2343 Kwh * 1.3 /24/0.4 = 317 Kw
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
10
El Modelo
El modelo de determinación de la mejor opción para la electrificación rural, está
integrado por dos archivos Excel. A saber:
Calculo Demanda Electrificación Rural (MODELO A)
Selección Opción Electrificación Rural (MODELO B)
MODELO A
Este archivo Excel (puede ser accedido y descargado en:
https://app.box.com/s/5k1czt98q7gdngknwaayrw7nwfb2ny47), está integrado por varias
Hojas.
Hoja DATOS: Donde se introducen todos los valores de los parámetros que
permiten determinar la demanda eléctrica de la población bajo estudio. Es de
señalar, que los datos son los mejores estimados encontrados en la WEB. La
población hipotética para efecto de ejemplo, es una cercana a la de Mara en el
Estado Zulia.
Hoja CÁLCULO DEMANDA: Se muestra año a año la demanda eléctrica por
sector de consumo. La grafica a continuación refleja los consumos eléctricos y la
capacidad de generación a instalar para satisfacer la demanda. Para efecto de
planificación, se toma el valor de la demanda y de la capacidad correspondiente
al último año del horizonte del estudio, celdas en amarillo.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
11
Hoja ENERGIA SOLAR y EOLICA: Es la hoja donde se determinara el
potencial energético de la población bajo estudio.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
12
Al ir a esta hoja, lo primero que debe hacer es ir a la WEB indicada:
http://www.renewableenergyst.org/wind.htm , y seguir los pasos para obtener la
potencialidad de energética solar y eólica. Estos valores los debe colocar en las
celdas indicadas de color amarillo.
Hoja RESULTADOS: Donde se presentan los resultados del potencial de
energía renovables intermitentes que tiene la población bajo estudio, así como
un estimado de inversión y del área bruta necesaria para la instalación de los
equipos de generación.
Los valores correspondientes a las celdas de Inversión, LCOE y Área Bruta
deben ser llevados al MODELO B. Estos valores deben ser introducidos en las
celdas del primer criterio (Económico), en las columnas F y G.
MODELO B
Es una hoja Excel, que utiliza un método de análisis de decisión de multicriterios
combinado con metodología de Proceso de Jerarquía Analítica (PJA, también conocido
como AHP, por sus siglas en ingles) y el método ELECTRE4 (ELimination Et Choix
Traduisant la REalité).
4 Traducción de la Realidad por Eliminación y Selección (Elimination and Choise
Translating Reality)
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
13
Para el estudio que nos ocupa, se usara una hoja Excel disponible en la WEB y que
utiliza la versión ELECTRE II. En tal sentido, no se ahondara en la teoría de las
decisiones basada en multicriterios.
Por ser un archivo que contiene MACROS, se recomienda que haga una copia
para trabajar en ella, y así siempre mantendrá el original.
La grafica a continuación muestra la pantalla “en línea” que aparecerá cuando utilice
esta metodología. El archivo Excel puede accederse y descargarse en:
https://app.box.com/s/bj3yp2n7k2b71om2flg0mpie2g7wsyut
Ante todo, se debe estructurar la matriz que permitirá la evaluación. Esto consiste en lo
siguiente:
Establecer los criterios y sus pesos. La sumatoria de los criterios debe sumar 100
Establecer los subcriterios y sus pesos dentro de cada criterio. La sumatoria de
los pesos de los subcriterios debe sumar 100
Establecer el rango mínimo y máximo de cada subcriterio. Si el subcriterio
permite valores cuantitativos de un valor mínimo y uno máximo. Si el
subcriterio es de carácter cualitativo, ponga como mínimo 1 y como máximo 9.
Este rango asociado a la escala de SAATY5
Establecer el valor de cada subcriterio en cada alternativa
Establecer el criterio de selección6 del subcriterio
El archivo Excel es multi uso, ya que tanto las alternativas, los criterios y los
subcriterios pueden ser modificados y aplicado en otros problemas de soluciones multi
criterios. Para nuestro caso se han escogido dos (2) alternativas (solar y eólica); nueve
(9) criterios y diez y siete (17) subcriterios.
5 DEFINICION de IMPORTANCIA (POSITIVA)
1 Nula (o menor)
2 Nula (o menor) a moderada
3 Moderada
4 Moderada a fuerte
5 Fuerte
6 Fuerte a muy fuerte
7 Muy fuerte
8 Muy fuerte a extremadamente
9 Extrema
6 Se refiere a la importancia de los valores que tiene cada celda de los subcriterios en
cada alternativa
1 : Ponga uno (1) si considera que el mayor valor es mejor para la evaluación
-1 : Ponga menos 1 (-1), si considera que el menor valor es mejor para la evaluación
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
14
La grafica a continuación muestra la pantalla WEB del MODELO B. Una descripción
de la misma es la siguiente:
Haciendo click, en la celda “ALTERNATIVES”, permite indicar el número de
opciones a analizar, así como el nombre de las mismas. Una vez seleccionado el
número, haga click en cada celda y cambie el nombre. Realizado todo esto, haga
click en la celda “update alternatives”, Lo cual lo llevara a la pantalla principal
con todas las opciones a considerar para el análisis multi criterios.
Paso seguido haga click en la celda “CRITERIAS”. Esto permitirá determinar el
número de criterios y su nominación. En la misma celda, al lado del criterio
puede indicar el número de subcriterios que este tendrá. Una vez realizado todo
esto, haga click en la celda “update criterias”, lo cual lo llevara a la pantalla
principal WEB con todos los criterios y subcriterios a considerar para el análisis
multi criterios.
En la pantalla WEB, puede darle nombre a los subcriterios posicionándose en la
celda respectiva.
En la pantalla WEB, cada celda tiene una explicación que ayuda a entender el
significado de cada criterio y subcriterios. Igualmente de las columnas desde la
C a la H
Es de señalar que los criterios, subcriterios y valores mostrados en el archivo
WEB, son resultantes de una investigación detallada y minuciosa de la mejor
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
15
información existente en INTERNET sobre el tema de “Electrificación Rural”.
Todo esto puede ser modificado, total o parcialmente, si el analista lo considera
necesario. Los únicos que tienen que ser cambiados, por que dependen de la
población bajo análisis, son los correspondientes al criterio económico
(columnas F y G). Estos valores de Necesidad de Superficie, Inversión y LCOE
provienen del MODELO A.
Una vez obtenido el resultado de la evaluación, que en el caso de ejemplo de la
población Mara, da como mejor opción la solar, es importante conocer el umbral
de probabilidad de certeza de la mejor opción. Este rango de umbral se obtiene
haciendo uso de la celda “Cut Off Thereshold”, variando la probabilidad. Para el
caso del ejemplo este rango está entre 0.41 y 0.60. Siempre se toma como
umbral, el máximo valor de este rango. Mientras el valor sea más cercano a uno
(1), mayor es la fortaleza de la opción seleccionada.
Para el caso del ejemplo que nos ocupa (población MARA) la decisión
multicriterios favorece a la alternativa SOLAR, con un valor de 1. La eólica
muestra un valor de -1.
La celda “RANDOM VALUES”, permite realizar la evaluación con valores
aleatorios. Antes de utilizar esta opción de evaluación, debe guardar el archivo
donde ha obtenido el resultado final (para no perderlo). Traiga nuevamente el
archivo y asígnele otro nombre. Al usar la celda “RANDOM VALUES” en este
nuevo archivo, todos los valores de evaluación se alteraran7. Observe los nuevos
valores asignados a cada alternativa. Por esta vía, puede obtener los valores en
los cuales las opciones presentan igual oportunidad de escogencia. Es decir, en
la evaluación final presentan igual valor (0,0) o (1,1) o (-1, -1). Esta opción
aleatoria, también permite ver la fortaleza del valor asignado a cada criterio y
subcriterio. La evaluación aleatoria, puede usarla cuantas veces quiera… pero
cada vez que hace click en la celda, tendrá nuevos valores, por lo que será un
nuevo análisis.
7 Los valores que se asignan están en función del número de alternativas a evaluar. Son valores
discretos, donde uno (1) es el de menor peso y ene (n) el de mayor peso…. O el de menor importancia o
el de mayor importancia. En nuestro ejemplo, los valores asignados al azar son uno (1) y dos (2).
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
16
Conclusiones
El sistema presentado de análisis de alternativas para la electrificación de una zona rural
tiene como conclusiones las siguientes:
Es un sistema dinámico, automatizado y con respuesta inmediata.
Disponible en la INTERNET (utilización y divulgación libre)
De fácil uso y con utilización de herramientas tecnológicas y de información
modernas y novedosas
Sencillo para la toma de decisiones multi criterios
Lógicamente, los resultados del sistema tienen carácter direccional. Debe ser el primer
paso a realizar ante un proyecto de electrificación rural. Por otra parte, los ANEXOS
proporcionan información adicional y complementaria para la formulación y ejecución
de programas de electrificación rural.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
17
ANEXO I
Barreras e Impulsores para Electrificación Rural
Barreras
Instituciones y desempeño de las partes interesadas
Baja calidad institucional
Capacidad de planificación inadecuada
Estructura y estrategias de la organización
Falta de co-inversiones (desarrollo rural)
Falta de participación del sector privado
Políticas de donantes incompatibles
Gestión descendente en el sector energético
Economía y finanzas
Sistema tarifario y tasas de conexión a la red
Subsidios
Instituciones financieras rurales insuficientes
Pobre mercado rural y bajo uso productivo
Administración. Costes en pequeños sistemas fuera de la red
Compensación (en la adquisición de tierras)
Falta de coherencia entre los proyectos
Bajo costos de combustibles (subsidios)
Dependencia del donante
Dimensiones sociales
Pobreza y baja asequibilidad de los hogares
Cuestiones de género
Problemas de participación local y robo
Falta de compromiso local
Cambio de mentalidad entre los clientes
Sistema técnico y gestión local
Falta de acceso a personal calificado
Ausencia cultura de mantenimiento
Baja capacidad potencial energías renovables
Bajo acceso a los componentes requeridos
Baja capacidad de generación
Difusión y adaptación de la tecnología
Falta de voluntad al cambio
Bajo conocimiento de los usuarios de beneficios tecnológicos
Falta de emprendimiento local
Infraestructura rural
Población dispersa
Infraestructura rural limitada (carreteras, etc.)
Transmisión de larga distancia (líneas eléctricas)
Casas tradicionales no adecuadas (difícil electrificación interna)
Devastadores ciclones
Reservas naturales y parques nacionales
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
18
Impulsores
Políticas y subsidios gubernamentales
Campaña política
Empuje / apoyo del donante
Empujando de individuos en gov. Agencias
Promoción de las energías renovables
Participación del sector privado
Incentivos de mercado
Responsabilidad social en el sector privado
Nicho de mercado para determinados sistemas energéticos
Aumento de la demanda (industria, hogares)
Necesidad de mayor sostenibilidad en la red
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
19
ANEXO II
Almacenamiento (baterías) de Energía
El complemento del uso de la energía solar y eólica en la generación de electricidad es
el almacenamiento de esta en dispositivos denominados baterías. Tal almacenamiento es
requerido para darle continuidad al servicio eléctrico proveniente de estas fuentes
renovables debido a la intermitencia de generación de estas.
La grafica a continuación muestra la evolución de la eficiencia de las baterías desde
1975, el cual es elaborado por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL)
del Centro Nacional de Fotovoltaica (NCPV)
Todas las diferentes tecnologías están incluidas, desde células cristalinas regulares y
películas delgadas, hasta células de unión simple y múltiple, células orgánicas, puntos
cuánticos, sensibles al tinte y más.
El gráfico muestra un crecimiento constante a lo largo de los años para todas las
tecnologías. Las eficiencias de las baterías mostradas son bajas en comparación con los
logros, ya existentes en los laboratorios, y que seguro serán el estándar en un futuro
inmediato.
Actualmente, una de las limitaciones del uso masivo de las baterías es su precio, las
cuales presentan uno bruto y otro de eficiencia (o de capacidad de almacenamiento). El
primero varía entre 5000 a 7000 $, y el segundo entre 400 a 750 $/Kwh.
El tamaño o número de baterías necesarias, lógicamente estará en función de la
demanda eléctrica a satisfacer. Un consumo anual promedio de una vivienda está en el
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
20
orden de los 5000 Kwh (entre 13 a 15 Kwh por día). La grafica muestra la distribución
diaria del consumo eléctrico para una vivienda en los Estados Unidos.
Obsérvese que la demanda domestica de electricidad tiene dos picos. A saber: el que
ocurre de 11:30 AM a 12:30 PM. El otro ocurre entre las 18 (6PM) y las 20 (8PM).
Entre los dos picos ocurre un valle a eso de las 15 PM (3PM). La explicación para estos
picos es una mayor actividad en el hogar, que se magnifica con las horas dedicadas a la
alimentación. A partir del valle, el consumo se incrementa motivado a que las personas
inician su regreso a casa, después de un día escolar y de trabajo, alcanzando el 2do.
pico, ya mencionado.
Para poder satisfacer las necesidades a con base solar, a partir de las 5 PM, es necesario
recurrir a las baterías. La Tesla Powerwall y la Sonnen, son las baterías de gran
capacidad que comienzan a liderar el mercado.
Más información en estos link…
https://www.energysage.com/solar/solar-energy-storage/how-do-solar-batteries-work/
https://www.renewableenergyhub.co.uk/solar-panels/batteries-for-solar-panels.html
https://youtu.be/9kXTqNqxK3s
Compañías de Tecnología Solar
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_photovoltaics_companies
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
21
ANEXO III
Costos nivelados de electricidad (LCOE)
La generación de electricidad puede obtenerse de diferentes fuentes energéticas y de
aplicación de diferentes tecnologías con una misma fuente energética. Esto
conlleva a utilizar análisis comparativos para medir las ventajas económicas de una
fuente energética con respecto a otra.
A tal efecto, es necesario tener una base común que permita comparación entre las
distintas tecnologías generadoras de electricidad, y facilite así la toma de decisiones. En
tal sentido, el costo nivelado o costo normalizado o costo equivalente, (LCOE por sus
siglas en ingles), cumple con esta condición.
LCOE, es la valoración económica del costo del sistema de generación de
electricidad que incluye todos los costos a lo largo de la vida útil del proyecto: la
inversión inicial, operación y mantenimiento, el costo de combustible, costo de
capital, etc. Es importante señalar que, si bien LCOE es una cómoda medida que
resume la competitividad global de las diferentes tecnologías de generación, las
decisiones de inversión definitiva de la instalación de la planta se ven afectadas
por las características tecnológicas y regionales específicas de un proyecto, así como
por otros factores relacionados con políticas públicas, tales como las normas
ambientales y de inversión o la instauración de créditos fiscales para fuentes de
generación específicas.
La grafica anterior muestra 21 formas de generar electricidad, ordenadas por el LCOE y
al lado el indicador de Inversión por capacidad instalada, expresada en $/Kw.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
22
Lidera la micro electricidad con 0.73 $/MWH y un índice de inversión de 4575 $/Kw.
Obsérvese q la eólica en tierra y la solar PV, compiten abiertamente con las tecnologías
basadas en gas que son las de menor LCOE de las energías fósiles. Por otra parte, la
nuclear avanzada ocupa el 8vo. Lugar.
Es de acotar que hoy en día, este listado es muy dinámico, en cuanto a la posición de
una tecnología o fuente, como consecuencia de los adelantos tecnológicos en el área de
almacenamiento de la energía (baterías), a una mayor eficiencia de motores y equipos,
etc., pero una cosa segura es que en los primeros 5 lugares, siempre estarán: la
hidroeléctrica, la solar, la eólica y el gas natural.
Mayor información sobre el LCOE en el siguiente link…..
https://app.box.com/s/92ovuhbzp2py59nhtzfn4um90hw0r4ae
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
23
ANEXO IV
Energía Eólica. Aerogeneradores
Uno de los aspectos importantes de la energía eólica, es el tamaño del aerogenerador. A
mayor tamaño del rotor (diámetro de las aspas), mayor es la capacidad de generación de
electricidad.
De acuerdo al grafico, un aerogenerador de 27 metros de diámetro, tendrá una
generación teórica de 393 w/m2. Es de señalar, que la energía generada por un
aerogenerador va a depender de muchas variables, sobre todo el diámetro del rotor (área
que recorren las aspas), la velocidad del viento, altura del rotor desde la superficie,
densidad del aire, entre otros.
Para efectos de cálculos preliminares (direccionales), la velocidad del viento promedio
seleccionado es de 7 metros por segundo (m/s). Esto viene de análisis de probabilidades
donde el 50 % de la velocidad del viento está por debajo de 7 m/s. Más información
sobre los aerogeneradores en los siguientes links…
http://drømstørre.dk/wp-
content/wind/miller/windpower%20web/es/tour/wtrb/tower.htm
http://drømstørre.dk/wp-content/wind/miller/windpower%20web/en/kids/index.htm
Compañias de Tecnologia Solar
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_photovoltaics_companies
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
24
ANEXO V
Micro Hidroelectricidad
La energía mini / micro hidráulica depende de las condiciones climatológicas por lo que
su aplicación puede resultar no viable en determinados lugares donde los recursos
hídricos son escasos o en periodos de sequia.
Las instalaciones de este tipo de hidroeléctricas contribuyen a la diversificación de las
fuentes energéticas renovables para abastecer regiones rurales, y proporcionan un
acercamiento al usuario, así como la gestión local de la instalación. La tecnología
empleada es madura, por lo que no se esperan sorpresas en su funcionamiento,
proporcionando seguridad y continuidad operativa.
Las mini / micro centrales hidroeléctricas, están muy condicionadas por las
peculiaridades y características que presente el lugar donde vayan a ser ubicadas.
Cuando se vaya a poner en marcha una instalación de este tipo hay que tener en cuenta
que la topografía del terreno va a influir tanto en la obra civil como en la selección de la
maquinaria.
Según el emplazamiento de la central hidroeléctrica se realiza la siguiente clasificación
general:
Centrales de agua fluyente. Captan una parte del caudal del río, lo trasladan
hacia la central y una vez utilizado, se devuelve al río. Es aquel
aprovechamiento en el que se desvía parte del agua del río mediante una toma, y
a través de canales o conducciones se lleva hasta la central donde será turbinada.
Una vez obtenida la energía eléctrica el agua desviada es devuelta nuevamente al
cauce del río.
Centrales de pie de presa. Se sitúan debajo de los embalses destinados a usos
hidroeléctricos o a otros usos, aprovechando el desnivel creado por la propia
presa. La característica principal de este tipo de instalaciones es que cuentan con
la capacidad de regulación de los caudales de salida del agua, que será turbinada
en los momentos requeridos.
Centrales en canal de riego o de abastecimiento. Se distinguen dos tipos de
centrales dentro de este grupo: a) Aquellas que utilizan el desnivel existente en
el propio canal. Mediante la instalación de una tubería forzada, paralela a la vía
rápida del canal de riego, se conduce el agua hasta la central, devolviéndola
posteriormente a su curso normal en canal; b) Aquellas que aprovechan el
desnivel existente entre el canal y el curso de un río cercano. La central en este
Desde el punto de vista de la capacidad de generación, estas instalaciones de generación
de electricidad se pueden clasificar en:
Picos: menor a 5 Kw
Micro: entre 5 Kw y 99 Kw
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
25
Mini centrales: entre 100 kw y 999 Kw
Pequeñas centrales: entre 1000 Kw y menor a 10000 Kw
En lo atinente a la inversión de una micro hidroeléctrica, este es muy variado y va a
depender de la orografía del terreno, los accesos, el tipo de instalación, el tamaño, la
potencia y la demanda a satisfacer.
Desde un punto de vista direccional, se puede utilizar la siguiente ecuación8 para
centrales menores a 600 Kw.
INV = 0.020024 * Kw ^ 0.744
Donde,
INV = Inversión en millones de dólares
Kw = Potencia a instalar
Ejemplo: Una instalación de 100 Kw, requiere de una inversión de 0.615 M$. Eso es
equivalente a 6152 $/Kw.
Mayor información en los links a continuación…
http://cecu.es/campanas/medio%20ambiente/res&rue/htm/dossier/4%20minihidraulica.
htm
https://www.google.ca/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKE
wje5LOG3MfVAhWk5oMKHX0lDP0QFggnMAA&url=http%3A%2F%2Fwww.evide
nceondemand.info%2FCore%2FDownloadDoc.aspx%3FdocumentID%3D622%26cont
entID%3D1413&usg=AFQjCNG9fkqg9XjeDoK_CcXciKxkmnu9Ow
https://www.google.ca/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKE
wjUjo3Z2cfVAhXH6oMKHcBMAaUQFggsMAA&url=https%3A%2F%2Fwww.resea
rchgate.net%2Ffile.PostFileLoader.html%3Fid%3D579e3c9eed99e1bea2692f01%26ass
etKey%3DAS%253A389972084445184%25401469987998258&usg=AFQjCNHztDjS
hGhxxeCsbWapFd0uPspAzA
8 Ajuste estadístico realizado por Ing. Nelson Hernández
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
26
ANEXO VI
Listado de empresas privadas dedicadas al fomento de proyectos de energía solar
(http://www.renewableenergyworld.com/ugc/articles/2014/11/40-companies--
organizations-bringing-solar-power-to-the-developing-world.html)
1. Bennu Solar, ofrece consultoría sobre el suministro de tecnología solar a los pobres
de las zonas rurales, y ofrece apoyo en materia de adquisiciones.
2. SELCO, pionera del servicio solar basado en la India que ha estado en el negocio
desde 1995. Ha distribuido aproximadamente 1,5 millones de sistemas solares de
iluminación doméstica desde su creación.
3. Practical Action, además de la energía solar y las bombas de agua alimentadas por
energía solar, también ayuda en cocinas sin fuego, biogás, micro energía hidroeléctrica,
energía eólica a pequeña escala y otras soluciones de tecnología limpia.
4. d.light, es una empresa social con fines de lucro que tiene como objetivo "empoderar
las vidas" de 50 millones de personas para 2015 y 100 millones de personas en 2020.
Produce y distribuye productos de iluminación solar y energía solar a personas de 62
países en todo el mundo en desarrollo.
5. Mainstream Renewable Power se centra más en la energía eólica que en la energía
solar, ya que trae energía limpia a grupos más grandes de personas por venta y la
energía eólica es más competitiva que la solar (así como básicamente todo ) a una escala
mayor.
6. Grameen Shakti ha estado ayudando a la gente en el mundo en desarrollo de energía
solar desde 1996. Ha entregado casi 1,5 millones de sistemas solares domésticos, así
como cerca de 30,000 plantas de biogás y más de 800,000 estufas de cocina mejoradas.
7. Bright Green Energy Foundation, afirma que ha beneficiado a más de 7,5 millones de
personas de zonas rurales. Atiende al mercado de Bangladesh.
8. Shidhulai Swanirvar Sangstha, opera, en Bangladesh, 54 escuelas flotantes,
bibliotecas, clínicas de salud y centros de capacitación que incluyen Internet
inalámbrico y son alimentados por paneles solares.
9. Abellon Clean Energy, se enfoca principalmente en llevar tecnologías de bioenergía
sostenible a personas en India, Ghana, partes de Europa y partes de Norteamérica.
También está trabajando para traer un único "Modelo Solar Agri-Electric" al mundo
rural.
10. Orb Energy, vende e instala servicios de sistemas solares fotovoltaicos, sistemas
solares de agua caliente, iluminación solar y aire acondicionado solar.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
27
11. Little Sun, El LED solar es su fuerte. Con instalaciones en Zimbabwe, Uganda,
Kenia, Burundi, Senegal, Etiopía, Nigeria, Sudáfrica, Europa, Estados Unidos, Canadá,
Australia y Japón.
12. Sunlabob Renewable Energy ha suministrado tecnologías de energía renovable y
eficiencia energética a los pobres de las zonas rurales de Laos.
13. Azuri, opera sistemas solares prepago en zonas de bajos ingresos.
14. M-KOPA Solar, empresa de financiación de activos que utiliza la tecnología de
telefonía móvil para diversos fines, donde el prepago de la energía solar está incluida.
15. Eight19, produce celdas solares flexibles, ligeras e impresas que se pueden utilizar
en diversas aplicaciones fuera de la red.
16. BBOX, es una de las primeras compañías solares enfocadas en el mundo en
desarrollo. Actualmente presta servicios a 14 países, y vende accesorios como
ventiladores, televisores, luces, sensores de movimiento, máquinas de afeitar,
cargadores de teléfonos móviles, reproductores de DVD, radios y refrigeradores.
17. LUTW, ha estado trabajando con las comunidades indígenas de las zonas rurales de
las Tierras Altas Occidentales de Guatemala, ayudándoles a pasar de la iluminación de
queroseno sucia a la iluminación de energía solar.
18. Quetsol está llevando energía solar y LEDs a los guatemaltecos por un precio más
bajo que la iluminación de queroseno sucio y la electricidad diesel. Los pagos se
realizan a través de teléfonos celulares.
19. Afgano Solar, socia de BP y ofrece una variedad de soluciones solares y pretende
ser "la primera y más grande en Afganistán".
20. SPCG Public Company Limited (SPCG), empresa Tailandesa. Instala energía solar
tanto en tejados como en granjas solares. Es el primer y más grande desarrollador de
granjas solares en Tailandia.
21. PicoSol, ofrece talleres y capacita a la gente sobre asuntos de energía solar.
22. Kamworks, ubicada en Camboya. Ofrece sistemas solares diseñados a medida para
el bombeo de agua, electricidad y refrigeración.
23. Clay Energy, trabaja en proyectos de energía solar, eólica e hidroeléctrica a Fiji.
24. Contained Energy es una empresa de servicio completo, que ofrece diseño,
instalación, mantenimiento, sistemas plug-and-play, financiación o alquiler. También
ofrece consultoría y auditorías energéticas.
25. Kopernik, ha llevado a más de 200.000 personas en 19 países en desarrollo
tecnologías de energía solar, quemadores de biomasa de combustión limpia, filtros de
agua.
Opciones Electricidad Rural Académico. Ing. Nelson Hernández
28
26. Pollinate Energy, proporciona a empresarios "negocios en una bolsa", que incluye
capacitación, teléfonos inteligentes, administración de datos, préstamos de acciones,
investigación de mercado, productos, servicio de apoyo y un subsidio de transporte.
27. Surana Ventures Limited, no es un instalador o desarrollador de proyectos solares,
pero es un fabricante de tecnología solar con sede en la India.
28. ENVenture, opera en la India y Uganda. Crea empresas con fines de lucro en las
localidades que sirve.
29. Simpa Networks, ofrece energía solar de pago a la gente en la India. Los clientes
realizan un pequeño pago inicial y luego pagan la electricidad usando un sistema de
prepago. Todos los pagos van hacia la eventual compra de su sistema de energía solar.
30. Essmart, suministra iluminación solar, cocinas limpias, filtros de agua, cargadores
solares y otras tecnologías que mejoran la vida a las tiendas minoristas locales.
31. ONergy, pregona que ha mejorado las vidas de 120.000 personas hasta ahora, a
través de la distribución de linternas solares, Sistemas de energía solar, calentadores de
agua solares, inversores solares, alumbrado público solar, cocinas limpias, televisores
solares, computadoras solares, microgrids solares y sistemas de riego solar.
32. Gram Power, centra sus esfuerzosen microredes solares.
33. Waaree, fabricante indio de módulos solares. Instala sistemas solares de energía
solar en la azotea y distribuye lámparas solares, cocinas solares, cargadores de teléfonos
móviles solares y bolsas solares.
34. Mono Eco Green Energy, con sede en Togo. Vende e instala sistemas de paneles
solares, luces solares, calentadores de agua solares, aire acondicionado solar, bombas de
agua solares, cargadores solares, refrigeradores solares y ventiladores solares.
