1 1. GENERACIÓN DISTRIBUIDA Se llama generación distribuida al proceso de generar, (y en algunos casos almacenar), energía eléctrica a pequeña escala, a través de una central que se encuentra cerca al centro de consumo, y tiene la opción de interactuar (comprar o vender energía) con la red eléctrica o trabajar aisladamente. (SCRIBD, 2008) Según algunos autores su clasificación, en función de su potencia, se divide en Micro (hasta 5 kw), Pequeña (de 5 kw hasta 5 Mw), Media (de 5Mw hasta 50 Mw), y Grande (de 50 Mw hasta 300 Mw). (Ackermann, Anderson, & Soder, 2001). Una estación de generación distribuida puede funcionar bajo dos esquemas: en sitios aislados sin acceso a la red eléctrica, (o en las denominadas zonas no interconectadas ZNI), y en las zonas interconectadas con la red eléctrica. Las tecnologías de generación distribuida se dividen, a su vez en convencionales y no convencionales. Las primeras contemplan el uso de los combustibles fósiles como fuente energética para mover una turbina de gas o un motor de combustión interna, (por lo general un motor Diesel), los cuales mueven un generador eléctrico; las segundas emplean las energías renovables en sus diferentes formas, según la disponibilidad de éstas en la zona de ubicación del proyecto. La generación distribuida presenta ciertas ventajas, tanto para los usuarios como para el suministrador; en el caso de los usuarios, se tienen el incremento de la confiabilidad en el servicio eléctrico, la reducción en el número de interrupciones, el uso eficiente de la energía y la facilidad de adaptación a las condiciones del sitio; para el suministrador el acceso a zonas remotas, la mayor regulación de la tensión, y la reducción del índice de fallas. (Haddad & Silva, 2006). Se considera que una estación de generación distribuida es apropiada, cuando permite el suministro de energía eléctrica al usuario, (o la comunidad), las 24 horas del día durante los siete días de la semana, además de garantizar sus demandas futuras de energía. Este suministro puede ser totalmente autónomo, o trabajar en combinación con el sistema de interconexión (nacional o regional), o con otras estaciones de generación distribuida. 1 2 DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA EN UN PROYECTO DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA. Por lo general, un proyecto de generación distribuida se diseña para suplir una necesidad energética de una comunidad ubicada, la mayoría de las veces, en una ZNI, y en ciertas ocasiones, en zonas que ni siquiera cuentan con este servicio. Independientemente de la conectividad de la zona, en cualquier proyecto de esta índole es imprescindible estimar la demanda energética total a suplir a la comunidad beneficiada con el proyecto. Es así, como uno de los primeros pasos que se requiere en el diseño de un proyecto de generación distribuida es la determinación de la demanda energética actual y futura a suplir. Esta determinación se realiza a partir del número de habitantes, de los datos de consumo energético actual, tanto a nivel residencial, industrial y comercial, y de servicios públicos; además de los hábitos de consumo energético, y de las proyecciones de crecimiento demográfico, económico, agrícola, industrial y de turismo de la zona. En cuanto a la duración del proyecto, este se planea a lo largo de toda la vida útil del mismo, la cual se recomienda que no sea menor a 10 años, y de ser posible se debe proyectar hasta unos 25 años o más. (Ortiz, 2001). Dentro de los datos del consumo energético se deben incluir todas las fuentes energéticas usadas, como combustibles fósiles, leña, velas, pilas, baterías, energía eléctrica, y otros; adicionalmente, se debe contabilizar los diferentes tipos de equipos eléctricos existentes, con sus respectivas potencias, además de establecer su cantidad. El estudio se simplifica mucho, si se cuenta con estos datos, en alguna oficina gubernamental del orden nacional o local, o en alguna ONG, (Organización No Gubernamental), confiable; pero, muy seguramente, en la mayoría de los proyectos estos datos no van a estar disponibles, por lo que se deberá recurrir al levantamiento de una encuesta y un censo a cargo del responsable del proyecto, en donde se recolecten todos estos datos. ENCUESTA Y CENSO Para su desarrollo se debe iniciar por identificar, entre otros aspectos los siguientes: - Si la comunidad ha tenido o no, servicio de energía eléctrica por sistema de interconexión eléctrica nacional o regional. 2 3 - Si la comunidad dispone de un sistema de generación distribuida con planta Diesel u otro sistema de suministro. Demanda actual Representa la potencia instalada de la comunidad, ya sea ésta discriminada por familia o por vivienda típica; en ella se incluyen los instrumentos eléctricos existentes y su potencia. Esta demanda se expresa en w (o kw). Demanda potencial Refleja el uso de los equipos eléctricos durante un día típico, discriminado por uso horario, y representa el consumo diario de energía de la comunidad objeto de estudio. Esta demanda se expresa en kw-h-día. Demanda futura. Es la proyección de la demanda potencial a los años especificados en el proyecto; para ello se debe tener en cuenta información acerca de la tasa de natalidad, migración, emigración, perspectivas de desarrollo de la comunidad. Esta información se puede obtener en las entidades gubernamentales como la alcaldía respectiva, o en otro tipo de entidades de mayor jerarquía como son las gobernaciones departamentales (para el caso colombiano), o en oficinas de orden nacional. Esta demanda se expresa en kw-h-año. Tipos de proyectos de generación distribuida. Pueden existir dos tipos de proyectos de generación distribuida según la situación actual de suministro de energía eléctrica, a saber: proyectos a comunidades sin servicio de energía eléctrica, y con servicio de energía eléctrica. Proyectos a comunidades sin servicio de energía eléctrica actual. En el caso que una comunidad no cuente con acceso a la energía eléctrica proveniente de un sistema interconectado a nivel nacional o local, significa que no ha tenido oportunidades de desarrollo económico, y simplemente ha suplido esta deficiencia energética, mediante el uso de: leña, petróleo, gas, combustible diesel, baterías, carbón, velas u otros tipos de fuentes energéticas. 3 4 Con el propósito de identificar la demanda energética actual de una comunidad como esta, se debe contar con información preliminar que refleje el consumo energético de la misma, para lo cual se requiere conocer los siguientes datos: - Número de habitantes. - Número de familias. - Número de viviendas o casas. - Número y tipo de industrias, (agrícolas, pesqueras, madereras, mineras, u otras). - Número y tipo de comercio. - Tipo y tamaño de servicios públicos. Con estos datos preliminares, se estima la demanda actual de manera aproximada, para lo cual se requiere asignar un consumo típico en kW-h por habitante, familia o casa, según sea el caso, y este se multiplica por el número de ellos, (dato obtenido del censo, ya sea elaborado por la entidad estatal correspondiente, o levantado por la dirección del proyecto); de esta forma se obtiene una visión preliminar del consumo energético de la comunidad. El consumo calculado debe representar, de manera muy aproximada, la demanda de la comunidad en lo que respecta a sus necesidades en los siguientes tres renglones o actividades: hogar, industria y comercio, y servicios públicos. Para lo cual se requere de un dato más exacto, por lo que es preciso indagar con mayor profundidad acerca de las actividades de la comunidad en estos tres grupos de actividades así: - Actividades residenciales, como: hora de levantarse, de preparar alimentos, de alimentarse, de realizar otras actividades dentro del hogar (como planchar, labores de artesanía, etc), tiempo ocioso, y hora de acostarse. - Actividades industriales y comerciales, como: agricultura, ganadería, minería, piscicultura, aserrío, carpintería, turismo, almacenes comerciales, tiendas, refrigeración, etc; en todas ellas se requiere indagar sobre el horario y el número de empleados para establecer su tamaño. - Servicios públicos como: educación, salud, acueducto, alcantarillado, comunicaciones, alumbrado público, servicios religiosos y sociales, etc. Para estimar el incremento del consumo energético, es preciso investigar con la población y las autoridades locales las expectativas que crea la energía eléctrica proveniente del 4 5 nuevo proyecto, tanto a nivel residencial, industrial y comercial, así como con los servicios públicos. De esta forma se estima una proyección de las necesidades de la comunidad, y se puede asignar una demanda o potencia eléctrica a cada uno de los tres renglones o actividades objeto de estudio. Demanda residencial Se parte de una residencia representativa de la comunidad y se procede a proyectar hacia todas las viviendas que conforman la comunidad; la información de la demanda residencial se puede dividir en tres componentes a saber: - Iluminación. - Preparación y conservación de alimentos. - Recreación y ocio. En la siguiente tabla se muestran algunos datos de potencia representativos de ciertos electrodomésticos comunes, con los cuales se realizan los cálculos respectivos. Tabla 1-1 Potencia típica media de algunos electrodomésticos. (Ortiz, 2001) Equipo eléctrico común Equipo de sonido Potencia (w) 100 Estufa eléctrica (cada puesto) 1000 - 1500 Grabadora 40 Licuadora 200 Máquina de coser 100 Nevera 250 Plancha 1000 - 1500 Radio teléfono 100 Televisor 100 Ventilador 100 Iluminación tradicional 40-100 Iluminación ahorradora 5-25 5 6 Demanda Industrial y comercial De acuerdo con el tipo de industria existente en la comunidad, es muy probable obtener resultados diferentes en cada proyecto específico, sin embargo, se puede considerar un valor representativo de otros estudios similares desarrollados, donde existan industrias similares, tanto en tamaño, como en actividad; En la tabla 1-2 se muestran valores típicos de algunas industrias representativas. Tabla 1-2 Potencia media de algunas industrias típicas. (Ortiz, 2001) Industria Potencia (kW) Aserrío 30-60 Beneficiadero de café 5 -30 Carpintería 3 -15 Cuarto frio 6 -60 Chircal 2 -12 Estación de bombeo 2 -100 Fábrica de hielo 6 -60 Matadero o molino de pescado 5 -10 Molino de cantera 6 -30 Molino de granos 3 -20 Telar 2–6 Trapiche 10-20 En caso de no encontrar una industria en la Tabla 1-2, se recomienda hacer el levantamiento de los equipos eléctricos con su respectiva potencia y proceder a hacer el cálculo total de la potencia de la industria respectiva. Demanda en servicios públicos Dentro de este renglón se contemplan los siguientes servicios: salud, educación, comunicaciones, alumbrado público, acueducto, servicio social, servicios religiosos, etc. En algunos de ellos, como es el caso de la salud, se debe considerar el consumo por iluminación, además de los equipos con que cuente; y en igual forma de los dos 6 7 componentes anteriores, se debe establecer los horarios de funcionamiento y de iluminación, para proceder a hacer el cálculo. Con los anteriores datos, se determina la demanda actual de la comunidad. Proyectos a comunidades que cuentan o han contado con el servicio de energía eléctrica. Es común que algunas comunidades aisladas hayan contado con el servicio de una planta Diesel, la cual ha dejado de funcionar por falta de mantenimiento (preventivo y correctivo), por los altos costos del combustible, o por otras causas. En este caso la comunidad cuenta con una infraestructura en equipos electrodomésticos e industriales, que debido a la falta del servicio eléctrico han dejado de funcionar; sin embargo, es probable que algunos pocos los tengan en funcionamiento por que han adquirido miniplantas eléctricas para uso residencial o industrial. En estos casos la demanda actual debe cubrir los equipos ya adquiridos por la comunidad, así: Demanda residencial Incluye electrodomésticos actuales y por adquirir. Demanda Industrial y comercial. Incluye equipos en desuso por falta de energía y el futuro equipo. Demanda en los servicios públicos. Al igual que en los otros dos casos, se debe incluir los equipos existentes más los posibles por adquirir. Si la comunidad cuenta con una planta Diesel En muchas ZNI usualmente se cuenta con plantas Diesel que suministran energía a comunidades aisladas. Normalmente este servicio se puede catalogar como regular o deficiente, debido a que la operación y mantenimiento se deja en manos de personal no calificado, además presenta altos costos del kW-h generado, debido al incremento del costo del combustible, que en muchos casos debe llegar por vía aérea y fluvial, debido a la inexistencia de carreteras de acceso, como lo es en el caso colombiano, en la Orinoquía y la Amazonía. La mayoría de estas plantas están subsidiadas por el estado y se limitan a suministrar energía en algunas horas de la noche. Esta situación ameritan la implementación de proyectos de generación distribuida confiables a base de energías 7 8 renovables, y en estos casos la determinación de la demanda puede ser más exacta, ya que la comunidad cuenta con ciertos electrodomésticos y se han instalado algunas pequeñas industrias; en este caso, solo falta por identificar la demanda que no se cubre en el horario diurno, por lo que la demanda requerida actual es igual a la que cubre la planta Diesel más la faltante por cubrir las 24 horas del día; para lo cual se debe identificar lo siguiente: Demanda residencial Es igual a la que cubre la planta Diesel más la faltante para cubrir las 24 horas de servicio eléctrico. Demanda Industrial y comercial. Se calcula igual a la demanda residencial. Demanda en servicios públicos. Incluye los servicios actuales más los que se puedan mejorar cuando se cuente con servicio las 24 horas de manera continua. A continuación se presenta la tabla 1- 3 donde se registra el tipo de usuario, (residencial, industrial y comercial y servicios públicos), la potencia, (en W), de los equipos existentes, su cantidad, y el Coeficiente de Simultaneidad (CS), que representa la probabilidad de que un número de usuarios del servicio respectivo utilicen el mismo equipo en el mismo momento; este valor varía entre 0 y 1, y es directamente proporcional al número de usuarios, al tipo de actividad y al tiempo de uso; es determinado por el calculista del proyecto a partir de la información recolectada en la encuesta, además de su propia experiencia. Tabla 1.3 Potencia discriminada por tipo de usuario, por cantidad y por coeficiente de simultaneidad. POTENCIA No CS % (W) TIPO DE USUARIO Horas RESIDENCIAL (usuario típico) Conservación y preparación alimentos Iluminación Recreación y ocio Total, Residencial INDUSTRIA Y COMERCIO Hornos Iluminación Motores Otros 8 9 Total, Industria y Comercio SERVICIOS PÚBLICOS Alumbrado público Acueducto Comunicaciones Educación (iluminación) Salud (equipos) Salud (iluminación) Total Servicios Públicos TOTAL A la anterior tabla hay que asignarle el horario de uso, que cubre las 24 horas del día, para lo cual se divide en franjas horarias según las actividades de la comunidad, éstas pueden ser: preparación de alimentos, actividad industrial, comercial y educativa, descanso, recreación y otros. Estas actividades, al igual que su horario, se determinan en la encuesta. En la tabla 1-4 se muestra una distribución por franjas horarias típicas según actividades. Tabla 1.4 Actividades típicas según franjas horarias. (Ortiz, 2001) Franja horaria ACTIVIDAD 0–5 Descanso 5–7 Desayuno 7 – 11 Actividad Industrial educativa 11 – 13 Almuerzo 13 – 17 Actividad Industrial educativa 17 – 19 Comida 19 – 21 Recreación 21 -24 Descanso Al incluir esta información a la de la tabla 1-3 se obtiene la tabla 1- 5, (Determinación de la demanda potencial), y con ella se puede estimar la demanda actual total de potencia en kw-h por día y por año, discriminada por tipo de usuario; adicionalmente se puede establecer el horario de mayor demanda de energía por la comunidad. Tabla 1.5 Determinación de la demanda potencial 9 total horas RESIDENCIAL (usuario típico) Conservación y preparc alimentos Iluminación Recreación y ocio Total Residencial INDUSTRIA Y COMERCIO Hornos Iluminación Motores Otros Total Industria y Comercio SERVICIOS PÚBLICOS Alumbrado público Acueducto Comunicaciones Educación (iluminación) Salud (equipos) Salud (iluminación) Total Servicios Públicos TOTAL TIPO DE USUARIO POTENCIA No CS % (w) 24 3 2 2 4 2 4 2 Determinación de la demanda potencial. Año 365 d Día 21 -24 19 - 21 17 -19 13 -17 11 - 13 7 - 11 5-7 5 Energía kw-h 0-5 HORARIO DE USO (horas) 10 10 11 Ejemplo 1.1. Se quiere evaluar la demanda de energía eléctrica de una comunidad aislada ubicada en una ZNI, que contaba con una planta Diesel que no funciona actualmente; los resultados de la encuesta y el censo arrojaron los siguientes datos: la población habita en 140 viviendas compuestas por una alcoba, una cocina con comedor y un baño; de ellas hay 65 que tienen una segunda alcoba y una sala y de estas últimas hay 15 que tienen una tercera alcoba; todas las alcobas, salas y cocinas usan bombillos de 60 W para iluminación, y los baños y la puerta de entrada usan bombillos de 40 W. El inventario de equipos eléctricos de la comunidad es el siguiente: Tabla 1-6 Inventario de equipos eléctricos de la comunidad objeto de estudio Equipo eléctrico Cantidad Estufa de 2 puestos (3000 W) Licuadora (100 W) Nevera (250 W) Equipo de sonido (75 W) Grabadora (40 W) Televisor (100 W) Ventilador (100 W) Máquina de coser (70 W) Plancha (1200 W) PC (100 W) 15 15 100 65 140 130 65 10 30 10 En la comunidad existen las siguientes industrias con su respectiva potencia instalada: un aserrío (30 kW), una carpintería (3 kW), una pesquería (5 kW), y 6 tiendas o negocios comerciales (350 W c/u). En cuanto a servicios públicos, la comunidad cuenta con una red de alumbrado público de 60 bombillas de 100 W cada una, un sistema de acueducto (1.8 kW), una planta de radioteléfono (1 kW), un puesto de salud que cuenta con cuatro equipos de 200 W cada uno, y tres bombillas de iluminación de 100 W cada una; la escuela, la iglesia y las oficinas públicas tienen tres, dos y cinco bombillas de 100 W cada una para iluminación respectivamente. 11 12 Con la anterior información se quiere calcular las demandas de potencia residencial, industrial y de servicios públicos, en las diferentes franjas de tiempo; tal como se observa en las Tablas 1-7, 1-8 y 1-9; en ellas se ha tomado un valor representativo de CS (coeficiente de simultaneidad), obtenido en la encuesta. Tabla 1.7 Demanda de energía residencial de la comunidad del ejemplo 1.1 HORAS DE USO RESIDENCIAL POT (usuario típico) (w) Conservación y preparc alimentos Estufa de 2 puestos 3000 Licuadora 100 Nevera 250 Iluminación Alcoba 1 60 Alcoba 2 60 Alcoba 3 60 Baño 40 Cocina-Comedor 60 Sala 60 Puerta de entrada 40 Recreación y ocio Equipo de sonido 75 Grabadora 40 Televisor 100 Ventilador 100 Otros Máquina de coser 70 Plancha 1200 PC 100 TOTAL 167475 No CS % 0-5 5-7 5 2 13500 15 0,3 15 0,1 100 0,2 140 65 15 140 140 65 140 0,3 0,3 0,3 0,1 0,5 0,3 1,0 65 140 130 65 0,3 0,2 0,8 0,3 5000 Energía kw-h 7 - 11 11 - 13 13 -17 17 -19 19 - 21 21 -24 4 2 13500 150 5000 5000 5000 4 2 13500 5000 5000 2520 1170 270 560 4200 2 3 5000 Día Año 24 365 405,17 147887,1 5000 2520 1170 270 560 4200 1170 5600 5600 1463 5600 1463 10400 1950 1950 1950 10 0,2 30 0,2 10 0,1 1120 10400 1950 1950 1950 140 7200 10600 30633 100 100 31000 14290 26213 29860 10600 6950 Tabla 1.8 Demanda de energía del sector industria y comercio de la comunidad del ejemplo 1.1 HORAS DE USO INDUSTRIA Y COMERCIO POT (w) No CS % 1 1 1 6 0,5 0,5 0,5 0,7 0-5 5-7 5 2 horas Aserrio Carpinteria Pesquera Comercio (tiendas) TOTAL 30000 3000 5000 350 40100 2500 2500 2500 2500 7 - 11 Energía kw-h 11 - 13 13 -17 4 15000 1500 2500 1470 20470 2 17 -19 19 - 21 21 -24 4 15000 1500 2500 1470 20470 2500 2500 2 2 2500 1470 3970 3 2500 2500 2500 2500 Día Año 24 365 d 206,70 75445,5 Tabla 1.9 Demanda de energía del sector servicios públicos de la comunidad del ejemplo 1.1 HORAS DE USO SERVICIOS PÚBLICOS POT (w) No CS % horas Alumbrado público Acueducto Comunicaciones Escuela (iluminación) Iglecia (iluminación) Oficinas Públicas(ilumnación) Salud (equipos) Salud (iluminación) TOTAL 100 1800 1000 100 100 100 200 100 10900 60 1 1 3 2 5 4 3 1,0 1,0 0,5 1,0 1,0 1,0 0,4 1,0 0-5 5 6000 1800 Energía kw-h 5-7 7 - 11 11 - 13 13 -17 17 -19 2 4 2 4 2 1800 1800 500 1800 500 1800 500 1800 500 300 200 500 320 300 9100 1800 2620 12 19 - 21 21 -24 2 6000 1800 3 6000 1800 300 200 500 300 200 500 300 9100 300 9100 Día Año 24 365 124,76 45537,4 320 2300 2620 2300 13 Al observar las tablas se encuentra que la mayor demanda del sector residencial es 31000 W en la franja de 11 a 13 horas; en el sector industrial y comercial es 20470 W en las franjas de 7 a 11 y de 13 a 17 horas; y en el sector servicios públicos es de 9100 w en la franja de las 19 a las 5 horas del día siguiente. Al realizar un estudio comparativo de los tres tipos de usuarios (Tabla 1-10) se observa que la mayor demanda de potencia se presenta en la franja de las 19 a las 21 horas y equivale a 41460 W. Adicionalmente se observa que la energía total consumida por la comunidad en un día típico es de 736.63 kW-h, y en el año es de 268870 kW-h. Tabla 1.10 Resumen de demanda de potencia y energía de la comunidad objeto de estudio, en un día típico y durante un año. HORAS DE USO TIPO POT CS No USUARIO (w) % horas Residencial 167475 Industria y comercio 40100 Servicios públicos 10900 TOTAL 218475 0-5 5-7 5 2 10600 30633 Energía kw-h 7 - 11 11 - 13 13 -17 17 -19 19 - 21 4 2 4 2 6950 31000 14290 26213 21 -24 Día Año 2 29860 3 10600 24 405,17 365 d 147887 3970 2500 2500 206,70 75445,5 9100 1800 2620 2300 2620 2300 22200 34933 30040 35800 37380 32483 9100 41460 9100 22200 124,76 736,63 45537,4 268870 2500 2500 20470 2500 20470 De la anterior información se concluye que la capacidad mínima de la central de generación distribuida, (o combinada con la planta Diesel), debe ser de unos 41.5 kW, y no 60.6 kW (suma de potencias máximas por tipo de usuario), o 218.5 kW, (suma de potencias de todos los equipos), como erróneamente se podría pensar. En la Figura 1-1se muestra la distribución demanda de potencia durante las 24 horas en un día típico 13 14 45000 40000 35000 30000 25000 (w) 20000 (Hora) 15000 10000 5000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Fig. 1-1 Demanda de potencia en w de la comunidad por hora en un día típico. En la figura 1-1 (y en la tabla 1-10), se aprecia que la franja horaria de mayor demanda de potencia (41.46 kW), es la comprendida entre las19 a las 21 horas, mientras que la franja de menor demanda de potencia, (22.2 kW), corresponde a la nocturna (entre las 21 horas hasta las 5 horas del día siguiente). Comentarios adicionales al ejemplo 1.1 Al revisar la demanda de potencia del ejerció 1.1 se pueden hacer algunos comentarios en cuanto al tipo de electrodomésticos usados por la comunidad objeto de estudio. Primero que todo, el empleo de estufas eléctricas (de dos puestos) no es una opción recomendable para este proyecto, (y prácticamente en ninguno) ya que a pesar que solo están presentes en el 11% de los hogares, representa un alto valor (entre el 43 y el 51 %) de la demanda de potencia en las franjas dedicadas a la preparación de alimentos (ver Tabla1-7), lo que obliga a incentivar el cambio de estas estufas eléctricas por otras fuentes energéticas, como el gas natural o el gas propano, (si se dispone de alguno de estos combustibles), la biomasa, o el empleo de cocinas solares, para disminuir su incidencia y, por supuesto, los costos del proyecto. Un segundo aspecto que vale la pena mirar es el tipo de bombillas usadas para la iluminación, tanto residencial como en los otros tipos de usuarios; se debería pensar en usar bombillas ahorradoras que pueden llegar a disminuir hasta en un 80% este renglón; sin embargo hay que hacer una buena evaluación económica por los costos adicionales que genera el cambio, y también se debe mirar con 14 15 cuidado el impacto ambiental y de salud pública que genera su uso, tal como lo advierten algunos investigadores. (DEFRA, 2009). Un tercer aspecto a considerar es la posibilidad de emplear sistemas de refrigeración solar en lugar de neveras de accionamiento eléctrico, además de la construcción de viviendas con refrigeración pasiva, para disminuir el uso de ventiladores. Todas estas opciones son alternativas energéticas que merecen la pena ser estudiadas con mayor profundidad por los diferentes grupos de investigación de las universidades latinoamericanas Cálculo de la demanda futura Como se advirtió previamente, todo proyecto de una central de generación distribuida para una comunidad, debe proyectarse a “n” años, (mínimo 10, y recomendable 25 o más años), el cálculo de la demanda futura es necesario hacerlo de forma cuidadosa, para lo cual se deben considerar diferentes aspectos como: tasas de natalidad y mortalidad, índices de inmigración y emigración, y perspectivas de crecimiento económico de la comunidad, en campos diversos como la agricultura, la industria, el comercio y el turismo. En el caso que el proyecto esté dirigido a una comunidad que no ha contado con el servicio de energía eléctrica, se debe ser generoso al estimar el porcentaje de crecimiento anual de la demanda (de potencia y energía), en especial al inicio del proyecto, ya que se prevé una compra masiva de electrodomésticos en los primeros años por las expectativas que el proyecto genera; en el caso que el proyecto esté dirigido a una comunidad que si ha contado con el servicio de energía eléctrica (ya sea por el sistema de interconexión o por disponer de una planta Diesel), los incrementos son menores. Se recomienda el uso de una tabla donde se consignen los incrementos anuales de la demanda de potencia y energía para cada uno de los tres tipos de usuarios y para toda la comunidad, de acuerdo a las proyecciones de crecimiento anual 15 16 Tabla 1.11 Formato para calcular la demanda de potencia (P) y energía (E) anual según proyecciones de crecimiento de cada tipo de usuario. Año 0 1 2 3 % Demanda residencial P (w) E (kwh/año) Demanda ind/comercio % P (w) E (kwh/año) Demanda serv públicos % P (w) E (kwh/año) Demanda total P (w) E (kwh-año) n Ejemplo 1.2 Para los datos del ejemplo 1.1 se quiere hacer la proyección de la demanda de potencia y energía a 20 años, según la siguiente información (tabla 1-12), construida con datos de la encuesta y las proyecciones de natalidad y crecimiento económico tomadas en las oficinas del gobierno local y nacional. Tabla 1.12. Proyección de crecimiento anual según tipo de usuario. Ejemplo 1.2 año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Crecimiento anual Resid Ind/com S. Públ 0,0 0,0 0,0 3,0 0,0 1,2 2,8 0,0 1,2 2,6 0,5 1,2 2,4 0,5 1,5 2,3 0,5 1,5 2,2 0,5 1,0 2,1 1,0 1,0 2,0 1,0 1,0 2,0 1,0 1,0 1,7 1,5 1,0 1,7 1,5 1,0 1,7 1,5 1,0 1,5 1,5 1,3 1,5 1,5 1,3 1,3 1,5 1,3 1,3 2,0 1,3 1,0 2,0 1,5 0,8 2,0 1,5 0,5 2,0 1,5 0,5 2,0 1,5 De acuerdo a la información disponible se obtiene la siguiente proyección. 16 17 Tabla 1.13. Proyección de la demanda de potencia y energía a 20 años. Ejemplo 1.2. Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Demanda residencial % P (w) E (kwh/año) 0,0 29860,0 147887,1 3,0 30755,8 152323,7 2,8 31617,0 156588,7 2,6 32439,0 160660,0 2,4 33217,5 164515,9 2,3 33981,5 168299,7 2,2 34729,1 172002,3 2,1 35458,4 175614,4 2,0 36167,6 179126,7 2,0 36891,0 182709,2 1,7 37518,1 185815,3 1,7 38155,9 188974,1 1,7 38804,6 192186,7 1,5 39386,6 195069,5 1,5 39977,4 197995,5 1,3 40497,2 200569,5 1,3 41023,6 203176,9 1,0 41433,8 205208,6 0,8 41765,3 206850,3 0,5 41974,1 207884,6 0,5 42184,0 208924,0 Demanda ind/comercio % P (w) E (kwh/año) 0,0 2500,0 75445,5 0,0 2500,0 75445,5 0,0 2500,0 75445,5 0,5 2512,5 75822,7 0,5 2525,1 76201,8 0,5 2537,7 76582,9 0,5 2550,4 76965,8 1,0 2575,9 77735,4 1,0 2601,6 78512,8 1,0 2627,7 79297,9 1,5 2667,1 80487,4 1,5 2707,1 81694,7 1,5 2747,7 82920,1 1,5 2788,9 84163,9 1,5 2830,7 85426,4 1,5 2873,2 86707,8 2,0 2930,7 88441,9 2,0 2989,3 90210,8 2,0 3049,1 92015,0 2,0 3110,0 93855,3 2,0 3172,2 95732,4 Demanda serv públicos % P (w) E (kwh/año 0,0 9100,0 45537,4 1,2 9209,2 46083,8 1,2 9319,7 46636,9 1,2 9431,5 47196,5 1,5 9573,0 47904,4 1,5 9716,6 48623,0 1,0 9813,8 49109,2 1,0 9911,9 49600,3 1,0 10011,0 50096,3 1,0 10111,1 50597,3 1,0 10212,3 51103,3 1,0 10314,4 51614,3 1,0 10417,5 52130,4 1,3 10553,0 52808,1 1,3 10690,1 53494,7 1,3 10829,1 54190,1 1,3 10969,9 54894,6 1,5 11134,4 55718,0 1,5 11301,5 56553,7 1,5 11471,0 57402,0 1,5 11643,0 58263,1 Demanda total P (w) E kwh-año 41460,0 268870,0 42465,0 273853,0 43436,7 278671,1 44383,1 283679,3 45315,6 288622,2 46235,8 293505,6 47093,3 298077,3 47946,2 302950,1 48780,3 307735,8 49629,8 312604,4 50397,4 317405,9 51177,4 322283,1 51969,8 327237,2 52728,5 332041,5 53498,3 336916,5 54199,5 341467,3 54924,2 346513,3 55557,6 351137,4 56115,8 355419,0 56555,2 359141,9 56999,3 362919,4 Incremento anual de la demanda de potencia y energía total. 60000 58000 56000 54000 52000 50000 48000 46000 44000 42000 40000 360000 340000 320000 300000 280000 260000 240000 220000 200000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 E kwh-año 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 P (w) Figura 1.2 Demanda de potencia y energía a 20 años. Ejemplo 1.2. La demanda de potencia del proyecto de generación distribuida es de 57 kW, al término de los 20 años; y la proyección de energía final es de 363 MW-h en ese año. Con estos datos, se hacen el diseño y la selección de los equipos necesarios, además de la respectiva evaluación económica del proyecto para determinar su viabilidad y las proyecciones necesarias para financiar el mismo. 17 18 Comentarios al ejemplo 1.2 Es recomendable instalar entre dos y hasta cinco o seis unidades de potencia iguales, como plantas de generación distribuida, para cubrir la potencia total, con el fin de programar mantenimientos preventivos sin afectar fuertemente el suministro de energía a la comunidad. Para el caso específico de este ejemplo, si se van a instalar unidades de generación distribuida, por ejemplo, de 12 kW cada una, la potencia total del proyecto se cubriría con cinco unidades, de las cuales se requeriría instalar cuatro al inicio del proyecto y la quinta se instalaría a partir del séptimo año. PROBLEMAS 1-1 Calcular la demanda total diaria y anual de energía eléctrica residencial de una comunidad aislada ubicada en una ZNI, que cuenta con una planta Diesel que funciona parcialmente; los resultados de la encuesta y el censo indican que la población vive en 80 viviendas compuestas por una alcoba, una cocina con comedor y un baño; de ellas hay 30 que tienen una segunda alcoba y una sala; todas las alcobas, salas y cocinas usan bombillos de 75 W para iluminación, y los baños y la puerta de entrada usan bombillos de 60 W. Catorce de las viviendas tienen todos los electrodomésticos descritos en la tabla del ejemplo 1. Diga cuál es la franja horaria de mayor demanda, y cuanto es su valor en kW. Usar los mismos valores de coeficientes de simultaneidad del ejemplo 1. (193.3 kW-h día, 70560 kW-h-año, 5-7 horas, 20 kW). 1-2 Calcular la demanda total diaria y anual de energía eléctrica a nivel industrial y comercial de una comunidad aislada ubicada en una ZNI, que cuenta con una planta Diesel y está conformada por un trapiche de 15 kW, dos telares de 3 kW cada uno, un beneficiadero de café de 6 kW, una fábrica de hielo de 3 kW, tres negocios comerciales de 200 W cada uno. Los coeficientes de simultaneidad son 0.6, 0.5, 0.5, 0.5 y 0.6 respectivamente; tomar las mismas franjas horarias de la tabla 1-4. Indicar cuál es la franja de mayor demanda y cuánto es su valor. (159.6 kW-h día, 58250 kWh-año, de 7-11 y de 13-17, 16.8 kW). 1-3 Calcular la demanda total diaria y anual de energía eléctrica a nivel de servicios públicos, de una comunidad aislada ubicada en una ZNI, que cuenta con una planta Diesel y tiene una escuela con 5 bombillos de 100 W cada uno para iluminación, 18 19 adicionalmente tienen dos televisores de 150 W, con un coeficiente de simultaneidad de 0.4. La iglesia usa dos bombillos de 100 W para iluminación; la casa campesina usa 3 bombillos de 100 W para iluminación y tiene equipos, (varios), de oficina de 500 W en total con un coeficiente de simultaneidad de 0.8; el centro de salud tiene equipos de 700 W, y dos bombillos de 100 W para iluminación; la planta de acueducto consume 1.3 kW, la comunidad usa 55 bombillos de 100 W para iluminación; tomar las mismas franjas horarias de la tabla 1-4. Indicar cuál es la franja de mayor demanda y cuánto es su valor. (104.6 kW-h día; 38179 kW-h-año; de las 19 a las 5 del día después, 8.0 kW. 1-4 Calcular la demanda total diaria y anual de energía eléctrica de la comunidad de los problemas 1.1, 1.2 y 1.3, indicar la franja horaria de mayor y menor consumo, indicando sus valores. (457.0 kW-h día, 166790 kW-h año, 13 a 17 horas, 23.8 kW, 21 a 5 horas, 14.8 kW). 1-5 Calcular la proyección de la demanda de potencia y energía total de la comunidad del ejercicio 1-4 a 16 años según la siguiente proyección de crecimiento anual. año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 % Crecimiento anual Resid Ind/com S. Públ 0,0 0,0 0,0 2.5 0,1 1,5 2.4 0,2 1,2 2.3 0,3 1,1 2.2 0,4 1,0 2.1 0,5 1,5 2.0 0,6 1,2 1.9 0,7 1,1 1.8 0,8 1,0 1.7 0,9 1,5 1.6 1,0 1,2 1.5 1,1 1,1 1.4 1,2 1,0 1.3 1,3 1,5 1.2 1,4 1,2 1.1 1,5 1,1 1.0 1,6 1,0 (28.2 kW, 205.8 MW-h año). BIBLIOGRAFIA E INFOGRAFÍA Ackermann, T., Anderson, G., & Soder, L. (15 de 06 de 2001). What is distributed generation? International Symposium on Distributed Generation: Power System and Market Aspects . Estocolmo, Estocolmo, Suecia. 19 20 DEFRA. (15 de 11 de 2009). Department for environment food and rural affaiirs. Recuperado el 17 de 06 de 2010, de Department for environment food and rural affaiirs: www.sinmordaza.com/noticia.php?id_noticia=78424 Haddad, J., & Silva, E. (2006). Generacao Distribuida. Aspectos Tecnologicos e ambientais. Rio de Janeiro: Interciencia. Ortiz, R. (2001). Pequeñas Centrales Hidroeléctricas. Bogotá: Mc Graw Hill. SCRIBD. (08 de 08 de 2008). Generación Distribuida. Recuperado el 17 de 06 de 2010, de Generación Distribuida: www.scribd.com/doc/2287416/Generacion-Distribuida. 20
