Proyección de Demanda de Energía en Zonas Aisladas

PROYECCIÓN DE DEMANDA DE ENERGÍA EN ZONAS
AISLADAS, UTILIZANDO MODELAMIENTO LEAP (LONG
RANGE ENERGY ALTERNATIVES PLANNING SYSTEM)
Jairo Alberto Valencia Llanos
María Camila Ferreira Pascuas
CONTENIDO
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ASPECTOS INTRODUCTORIOS
DEFINICION
IDENTIFICACION DEL PROBLEMA
MODELAMIENTO DE LA DEMANDA ENERGETICA
CARACTERIZACION DE LA DEMANDA DE ENERGIA
MAPA CONCEPTUAL DE LA METODOLOGÍA
UTILIZADA EN EL MODELAMIENTO
DESCRIPCION DETALLADA DE CONSUMOS
ENERGETICOS
ESTRUCTURA DE DATOS
CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA
ANALISIS DE DEMANDA
DISCUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
ASPECTOS INTRODUCTORIOS
Este articulo documenta el análisis para determinar la proyección
de la demanda de energía eléctrica en las zonas remotas. Para
el
caso
específico
de
Santa
Cruz
el
Islote,
se aplicó la herramienta de modelamiento lineal-LEAP para
obtener una mejor aproximación del comportamiento real de la
energía consumida en zonas aisladas que no tienen registros
históricos. Los resultados finales buscan optimizar los sistemas
de producción de energía bajo estándares sostenibles
DEFINICION
LEAP es un programa de planeamiento energético integrado,
cuyo principal objetivo consiste en brindar un soporte confiable
en el desarrollo de estudios donde se representa la matriz
energética de un escenario muestral, este modelo de simulación
es del tipo “bottom-up”, es decir su fundamento es el enfoque
detallado de las características tanto del lado de la oferta
(características técnicas de equipos de generación de energía )
como de lado de la demanda (detalle de censos de carga ,
factores de demanda energética, energía consumida en los
equipos eléctricos en las unidades residenciales o centros de
consumo de cargas)
IDENTIFICACION DEL PROBLEMA
Pocas horas de prestación de servicio de energía en las zonas
aisladas.
Carencia de información detallada que pueda determinar el
crecimiento del consumo energético de forma confiable.
Afectación de actividades económicas
Infraestructura energética deficiente
MODELAMIENTO DE LA DEMANDA ENERGETICA
Para efectos prácticos e interpretativos de la aplicación del
Software, se tuvieron en cuenta criterios básicos
históricamente aplicados en proyecciones de demanda:
Energía
Demanda energética total
Crecimiento de la demanda
Recursos energéticos
Balance energético oferta/demanda
Cuadro de cargas que se detallan a continuación
Datos principales de
entrada
CARACTERIZACION DE LA DEMANDA DE ENERGIA
Usuarios residenciales: 100
Usuarios Comerciales: 5
Usuarios Institucionales: 2
Habitantes: 800
Energético cocción: Leña
Actividad económica: Pesca
Horas de prestación de
servicio actual de energía: 5
Fuente energética: Diésel
N 09°45 ′ 0″ , W 75°51 ′ 0″
MAPA CONCEPTUAL DE LA METODOLOGÍA UTILIZADA
EN EL MODELAMIENTO
DESCRIPCION DETALLADA DE CONSUMOS ENERGETICOS
DESCRIPCIÓN DE
COLUMNAS
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Primera
columna
muestra la descripción
de
los
equipos
eléctricos de consumo
Segunda:
indica el
consumo específico de
equipos expresado en
vatios (W)
Tercera: contiene la
cantidad
total
de
equipos por tipos de
uso implementados en
cada sector
Cuarta:
indica
la
cantidad promedio de
equipos por usuario
obtenida mediante la
división
entre
la
cantidad de equipos
según su tipo y el
número de usuarios
DESCRIPCION DETALLADA DE CONSUMOS ENERGETICOS
DESCRIPCIÓN DE
COLUMNAS
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Quinta: describe el uso
de los equipos eléctricos
en tiempo diario (Hrs)
Sexta: indica el consumo
energético específico en
kW por día obtenido de la
multiplicación
del
consumo específico de
cada equipo eléctrico en
Kw por las horas de uso
del mismo
La última columna el
consumo
energético
específico
de
cada
equipo en kW por 365
días dividido por el
número de usuarios.
ESTRUCTURA DE DATOS
Árbol de demanda representa una caracterización energética, de
cada tipo de usuario para establecer los porcentajes de
participación por consumo energético y por tecnología de uso
CARACTERÍSTICAS DE LOS
USUARIOS RESIDENCIALES
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Todos los usuarios están
conectados a la red y usan
electricidad para iluminación y
otros artefactos eléctricos.
El 25% de los usuarios
residenciales se ilumina con
kerosene.
Un hogar promedio consume en
iluminación 87,6 kwh/año
El 22% de los hogares tienen
neveras y consumen 292
kwh/año por hogar.
Cada hogar consume
en
promedio
496,5 kW para el
funcionamiento
de
otros
artefactos eléctricos
De otros equipos se excluye tv,
ventilador y equipos de sonido
por la importancia de estos
equipos en el aporte energético
de la demanda y en el confort de
acuerdo al medio cultural.
En el año base no hay equipos
de aire acondicionado en los
hogares,
se
esperara
su
implementación en los años
siguientes.
El 30% de la población cocina
con gas y el resto con leña,
todos los hogares tienen un solo
tipo de cocina.
CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA
CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA
CARACTERÍSTICAS DE LOS
USUARIOS COMERCIALES
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El 100% de usuarios
comerciales
tienen
neveras y consumen en
promedio por usuario
por año de 2733 kW.
•
El 20% de los usuarios
comerciales tienen otros
equipos comerciales y
consumen 1679 kWhaño.
•
El servidor de internet
se excluye del consumo
de otros equipos debido
a es una posibilidad de
incremento futuro.
CARACTERÍSTICAS DE
LOS USUARIOS PÚBLICOS
Centro de Salud
El 50% de los usuarios
públicos es el centro de salud.
Otros artefactos médicos
consumen 6059 kWh/año.
El 16% de la iluminación es
perimetral y consume 58,4
kWh/año y el restante es
interior
Aire acondicionado consume
1022 kWh/año
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Centro de Educativo
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El 50% de los usuarios
públicos
es
el
centro
educativo.
Otros artefactos educativos
más
tomas
comunes
consumen 4350 kwh/año.
El 100% de la iluminación es
interior.
Los ventiladores consumen
en promedio 1168 kWh/año
CARACTERIZACIÓN ENERGÉTICA
Escenario de Referencia
En esta etapa se considera la
evolución proyectada de la demanda
en
los sectores residenciales,
comercial y público, teniendo en
cuenta algunas variables y datos
comparativos de comportamiento
incremental
de
demandas
energéticas
en
comunidades
similares
Sector Residencial
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Los usuarios residenciales crecerán en
un 0,3 % anual, este crecimiento se
observa en la imagen 10 como
visualización grafica realizada por el
software.
Debido al aumento de ingresos
económicos se espera que haya un
incremento anual del 1% en
la
intensidad energética para iluminación
eléctrica.
Debido a ingresos superiores, la
intensidad energéticas de neveras
aumenta en un 10% para el 2018
La cantidad de neveras aumenta en un
5% anual.
El usos de otros equipos eléctricos
domésticos y otros artefactos eléctricos
crecerá a un ritmo del 2% anual.
Se espera que en el 2018, el 15% de la
población tenga aires acondicionados.
Se espera que debido al incremento de
iluminación eléctrica, el uso de las
lámparas de Kerosene disminuirá en un
15% anual hasta el año 2015 y para los
años restantes el decrecimiento es
cero.
ANALISIS DE DEMANDA
Sector comercial
Tendencias en zonas de este tipo
Los usuarios comerciales tendrán un
crecimiento general de un 20 %
anual,
con
los
siguientes
crecimientos particulares:
• Sevicio de Internet, 10% anual.
• Refrigeradores, 2% anual
• En
equipos de sonido el
crecimiento esperado para el 2016
es del 20%
• En otros artefactos eléctricos del
5% anual.
Sector publico
Para los dos usuarios públicos no se
espera mayor cambio en la totalidad
del periodo de análisis
• La iluminación del
centro de
salud se incrementará en un 2%
anual y los equipos médicos
entraran en operación a partir del
2014
• En el centro de salud el mayor
crecimiento
en
el
gasto
energético, se espera en equipos
médicos debido a la entrada en
operación de un compresor de
odontología.
Crecimiento de consumo específico en el centro de salud
Crecimiento de consumo específico en la Institución educativa
Visualización de resultados
ASPECTOS
GENERALES
Una vez introducidos todos los
datos tanto en los escenarios
bases y de referencia, el LEAP
simula los comportamientos de
crecimiento
de
demanda
energética durante el periodo de
análisis obteniendo tendencias.
crecimiento de consumo energético sector residencial
crecimiento de consumo energético sector comercial
Análisis de resultados
RESULTADOS DE
PROYECCIÓN
Cuantificación del crecimiento en cada sector
Los resultados de proyección de
demanda nos muestran que el
crecimiento del consumo energético
por usuario para el año final es
moderado, a excepción de los
usuarios públicos que como se
comentó no se espera crecimiento, lo
anterior es coincidente con las
características socio económica de la
zona de estudio, las siguientes
imágenes detallan los consumos
energéticos en kWh/usuario/año y su
tendencia.
Cuantificación del crecimiento en el sector residencial
Crecimiento de consumo energético sector comercial
Cuantificación del crecimiento en el sector publico
Análisis de resultados
Comparación
inicial y final
consumo
En lo referente al uso de
electricidad en todos los sectores
de consumo en el año 2018, en
comparación con el año 2013, se
observa un panorama incremental
en el sector residencial y
comercial.
Este
comportamiento
es
congruente con las tendencias
esperadas, dado que el consumo
energético también es función del
crecimiento poblacional y de las
expectativas de mejoramiento de
calidad de vida que hacen
necesario la adquisición de más
equipos de consumo.
Comparación de consumos año inicial y final en cada sector
Usos predominantes por
sector
Para efectos de realizar un
análisis más detallado de la
participación
de
los
usos
energéticos en el comportamiento
de la demanda de energía, LEAP
muestra que para el sector
residencial hay un predominio de
consumo de leña y gas para
cocción en el año 2018.
Comparación de consumos específicos año inicial y final en el sector residencial
Análisis de resultados
COMPARACIÓN
CONSUMO INICIAL Y
FINAL
SECTOR
COMERCIAL
En el sector comercial, LEAP nos
muestra que el uso energético
predominante para el año 2018 es
la
electricidad
utilizada
en
sistemas de refrigeración, este
incremento se debe a la
necesidad permanente de la
población de mantener refrigerado
sus productos obtenidos
con
base a la pesca la cual es una de
sus
actividades
económicas
principales.
Comparación de consumos específicos año inicial y final en el sector comercial
COMPARACIÓN
CONSUMO INICIAL Y
FINAL SECTOR PÚBLICO
El uso energético predominante
que se consume en el sector
público para el año 2018 es la
electricidad utilizada en otros
artefactos educativos.
Comparación de consumos específicos año inicial y final en el sector publico
DISCUSIONES Y RECOMENDACIONES
ASPECTOS PRINCIPALES
• Crecimientos de los consumos
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energéticos están relacionados
con las características socioeconómicas de la región.
El sistema energético actual
presenta una baja eficiencia
operativa con 4 horas de
prestación de servicio.
Alternativa de solución según
disponibilidad
de
recursos
energéticos.
Se determina capacidad de 45
Kw en energía térmica y
100Kwp para la planta solar
fotovoltaica.
Es importante mencionar que
el componente de energía
renovable se adicionara al
sistema de transmisión un año
después del año base (2013).
Con
la
nueva
solución
implementada, se observa que
para el año base toda la
generación
eléctrica
es
aportada por la planta diésel, a
partir del año 2014.
Capacidad de generación propuesta en sistema energético optimizado
Comparación de resultados de energía entregada antes y después de la solución
hibrida
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos con el software LEAP nos permitieron
conocer el comportamiento en el crecimiento de la demanda de
energía y con base a los mismos proponer una solución
energética optimizada para Santa Cruz el Islote, haciendo uso de
las fuentes no convencionales y estableciendo diferentes
escenarios bajo el supuesto de crecimiento de demanda de
energía basados en comportamientos evidenciados en
localidades con características socioeconómicas similares.
CONCLUSIONES
La visualización grafica como producto del modelamiento con
LEAP, indica que existe un comportamiento de uso incremental
de energéticos contaminantes como la leña y el gas en el sector
de mayor consumo que es el residencial, estos energéticos
pueden ser sustituidos en la integralidad de una propuesta de
implementación de un sistema energético hibrido que combine
diferentes fuentes energéticas, que en este caso son energía
solar fotovoltaica y energía térmica basada en combustible diésel
CONCLUSIONES
La solución energética propuesta es considerada conveniente
dado que cumple con el balance energético entre la generación
de energía eléctrica y el consumo energético de la localidad,
adicionalmente se obtendrían beneficios ambientales, sociales
que mejorarían las condiciones de vida de los habitantes.
CONCLUSIONES
la proyección de la demanda de energía es un factor importante
para el dimensionamiento de las infraestructuras de los sistemas
energéticos y que la metodología utilizada en el programa LEAP
permite aproximarnos de una manera sustancial a un
crecimiento real de los consumos, a su vez se determinamos el
planeamiento de los sistemas energéticos como una actividad
cuyo objetivo es adecuar bajo el criterio de eficiencia económica
una infraestructura eléctrica en concordancia con los
crecimientos futuros de la demanda, garantizando un suministro
de energía con unos niveles de confiabilidad y calidad
determinados.