4-Tipos de Energias Renovables No Convencionales

TIPOS DE ENERGÍAS RENOVABLES NO CONVENCIONALES
Y SU NIVEL DE DESARROLLO Y EXPERIENCIA
EN LA REGIÓN DE ARICA Y PARINACOTA
Ricardo Ovalle Cubillos
Ingeniero Civil Eléctrico
Dr. Cs Ing. Automática
[email protected]
CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES
ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA - ELECTRÓNICA
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Fuente de Energía: SOL
DESIERTO DE ATACAMA, CHILE
1.000 W /m2
2
NORMAS CHILENAS
RELATIVAS A LAS ENERGÍAS REN0VABLES
COMISIÓN NACIONAL DE
ENERGÍA
SUPERINTENDENCIA DE
ELECTRICIDAD Y
COMBUSTIBLE
3
REGIÓN ARICA Y PARINACOTA
ENERGÍAS RENOVABLES, FUTURO SUSTENTABLE
4
MATRIZ ENERGETICA RECURSOS RENOVABLES DE LA
REGIÓN DE ARICA Y PARINACOTA
TIPO
DESARROLLO
POTENCIAL
FOTOVOLTAICO
TECNOLOGÍA MADURA
MUY ALTO
EÓLICO
TECNOLOGÍA MADURA
NO MEDIDO
GEOTERMICO
TECNOLOGÍA MADURA
NO MEDIDO
HIDROELÉCTRICO
TECNOLOGÍA MADURA
ESCASO
BIOMASA
TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA
ESCASO
OLEAJE MARINO
PROTOTIPO
NO MEDIDO
5
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA NUEVA MATRIZ
ENERGETICA PARA LA REGIÓN DE ARICA Y
PARINACOTA
OBJETIVOS GENERALES:
•
Formular la Matriz Energética de la Región de Arica y Parinacota, con mapeo geográfico y
dimensionamiento del potencial energético de los recursos naturales renovables y de la situación
energética convencional actual.
Proponer soluciones para tender a la independencia energética de la región, tomando como referencia una
matriz energética dimensionada, de vital importancia para el despegue y desarrollo de actividades
económicas trascendentes en la región.
Formar una mesa pública, privada y universitaria que: (1) proponga políticas públicas en el ámbito de la
energía. (2) proponga líneas de investigación y desarrollo en energía (I&D) . (3) coordine su accionar con
un centro o núcleo de investigación y desarrollo experto en el área.
•
•
OBJETIVO ESPECIFICOS:
•
•
•
•
•
•
Confeccionar un diagnostico de la situación energética convencional de la Región.
Explorar y evaluar el potencial de las energías no convencionales que existen en la Región: solar, eólica,
oleaje, geotérmica, biocombustibles y levantar mapa de prospección de Uranio natural en la Región.
Preparar estudios de sistemas de acoplamiento red instalada generación eólico solar.
Desarrollar estudios de aplicaciones del uranio en la generación de núcleo electricidad.
Confeccionar un mapa geográfico regional con dimensionamiento de los recursos energéticos no
convencionales, sustentado con estudios específicos para cada una de ellos.
Desarrollar prototipos para utilizar energías no convencionales, transfiriendo tecnologías e innovando
productos y procesos relacionados con estas energías alternativas.
IDEA PRESENTADA AL GORE Y CORFO AÑO 2008
Escuela Universitaria de Ingeniería Eléctrica – Electrónica (EIEE)
6
ENERGÍA GEOTÉRMICA:
La energía geotérmica es la energía térmica que se
encuentra acumulada bajo la superficie de la corteza
terrestre en zonas de agua de alta presión, de agua
caliente, o sobre una capa de rocas calientes.
Esta energía termal consiste en el flujo de una corriente
permanente de calor desde el interior o magma de la tierra,
que atraviesa el manto, llegando a la superficie, dónde la
energía es liberada a la atmósfera.
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ENERGÍA GEOTERMICA
CASO REGIÓN ARICA Y PARINACOTA:
LICITACIÓN DE CONCESIONES PARA
LA EXPLORACIÓN DE ENERGÍA
GEOTÉRMICA EN JUNIO 2009
Ministerio de Minería
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ENERGÍA GEOTERMICA
Ministerio de Minería
9
ENERGÍA GEOTERMICA
Ministerio de Minería
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ENERGÍA GEOTERMICA
Ministerio de Minería
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ENERGÍA GEOTERMICA
Ministerio de Minería
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ENERGÍAS DE LAS OLAS DEL MAR
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ENERGÍAS DE LAS OLAS DEL MAR
DIFERENCIA DE ALTURAS
OLAS 
Primera central del mundo de obtención de energía a partir de las olas de Portugal
Aguçadoura (norte de Portugal) a 8 Kilómetros de la costa. La nueva central tendrá
una potencia de 2.25 MW y será capaz de suministrar electricidad a hasta 1500
familias.
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MAREOMOTRIZ
El ascenso y descenso periódico del nivel de los océanos o mareas, que
tiene sus causas en la atracción gravitacional de la Luna y el Sol, se
conoce desde el siglo I A.C., pero hasta que sir Isaac Newton publicó su
ley de gravitación en 1686 no pudo formularse una explicación correcta
acerca de este fenómeno.
UN EJEMPLO DE APROVECHAMIENTO:
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MAREOMOTRIZ
Chile
las mareas son de mediana amplitud desde Arica a Corral, con
variaciones entre 1,5 y 2 metros.
En la zona austral se producen mareas de gran amplitud: en Puerto
Montt el nivel de las aguas puede variar unos 8 m.
Punta Dungeness, en el estrecho de Magallanes, la variación alcanza a
14 m.
EN ARICA, EL POTENCIAL ENERGÉTICO ASOCIADO A LA MAREOMOTRIZ
ES MENOR QUE EN OTRAS REGIONES DEL PAIS.
PREFERIBLE EXPLORAR LA ALTERNATIVA DEL MOVIMIENTO DE LAS
OLAS AL IGUAL QUE EN PORTUGUAL.
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HIDROELECTRICA
Se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y
potencial de la corriente del agua, saltos de agua o mareas.
Molino de agua de paso
Hidroeléctrica moderna.
El potencial del agua se controla
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HIDROELECTRICA
CENTRAL HIDROELÉCTRICA CHAPIQUIÑA:
Inaugurada en 1967, la Central Hidroeléctrica de Chapiquiña es la única
generadora hidráulica en el SING. Aprovecha como fuerza motriz el caudal
del río Lauca, en la provincia de Parinacota, Región Arica y Parinacota.
1.000 metros de caída de agua (efectiva)
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BIOMASA
La biomasa es el conjunto de recursos forestales, plantas terrestres y
acuáticas, y de residuos y subproductos agrícolas, ganaderos, urbanos e
industriales.
Esta fuente energética puede ser aprovechada mediante su combustión
directa a través de su transformación en biogás, bioalcohol, etc.
Los métodos de conversión de la biomasa en combustible pueden
agruparse en dos tipos:
Conversión bioquímica: se puede obtener el etanol y metano mediante la
fermentación alcohólica y digestión anaerobia
Conversión termoquímica: se puede obtener gas pobre, carbón y jugos
piroleñosos mediante gasificación y pirolisis.
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BIOMASA
ARICA Y PARINACOTA:
la Universidad de Tarapacá, a través de su Facultad de Ciencias
Agronómicas, lidera un proyecto de investigación avanzada e interdisciplinaria,
cuyo objetivo central es pesquisar y evaluar el potencial asociado a las
condiciones edafoclimáticas y de disponibilidad hídrica existentes en el
desierto del extremo norte del país, para la producción de biocombustibles,
fundamentalmente biodiesel a partir del cultivo de Jatropha curcas L. (piñon
manso, especie con elevado potencial y que actualmente no existe en Chile) y
Ricinus communis L. (higuerilla) entre otras , como asimismo etanol a partir de
Zea mays L. (maíz).
La empresa Agrícola Tarapacá: “Diseño y aplicación de biodigestión
anaeróbica catalizada para residuos avícolas”. La empresa genera 42 mil 500
metros cúbicos al año de desechos orgánicos, los que significan un problema
respecto a su disposición. Esto llevó a la empresa a buscar alternativas para
darles un uso productivo, como ya se hace a través de la fabricación de
fertilizantes y ahora con la idea de crear biogás para utilizarlo en la
calefacción interna de las mismas dependencias.
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ENERGÍA EÓLICA
Es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada
por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras
formas útiles para las actividades humanas.
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ENERGÍA EÓLICA
Modelación de alta resolución para fines de prospección de energías renovables no convencionales en
el norte de Chile”, desarrollado por el Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile, por
encargo de la Comisión Nacional de Energía.
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ENERGÍA EÓLICA
Central eólica, Norte chico, Chile
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ENERGÍA EÓLICA
ARICA Y PARINACOTA
CORDAP (2007): Un proyecto que consistía en la “Prospección de
recurso eólico en la región de Arica y Parinacota para instalar un
parque eólico de 20 MW”.
CEDER UTA(2010): uso de aerogeneradores 1KW (dos unidades) para
abastecer de energía eléctrica una casa de 60m2.
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ENERGÍA EÓLICA
Comparación de la producción de energía entre aerogeneradores de
distinta potencia
1000
3000
Horas de viento mes
900
1.000W
Curvas de energía
800
700
2500
2000
600
500W
500
400
viento
300
1500
1000
300W
200
500
100
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Potencia eléctrica generada W - mes
PROMEDIO RÉGIMEN DE VIENTO EN POZO ALMONTE – MES DE MARZO (Dato CNE)
Velocidad del viento m/s
El aerogenerador de 500W es superior en rendimiento que el de 300W y 1000W
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ENERGÍA SOLAR
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Modelación de alta resolución para fines de prospección de energías renovables no convencionales en
el norte de Chile”, desarrollado por el Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile, por
encargo de la Comisión Nacional de Energía.
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Propósito de un sistema de generación eléctrica fotovoltaico
Fuente de energía: EL SOL INAGOTABLE
Transformación a electricidad
Uso: CONSUMO SUSTENTABLE
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
¿CÓMO SE DIMENSIONA UN SISTEMA DE
GENERACIÓN ELÉCTRICO MEDIANTE EL USO DE
PANELES FOTOVOLTAICOS?
 DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA ELÉCTRICA, NIVEL Y TIEMPO .
 CONOCIMIENTO DE LA CAPACIDAD DE TRANSFORMAR LA ENERGÍA SOLAR
EN ELECTRICIDAD DE UN PANEL FOTOVOLTAICO .
 CONOCIMIENTO PARA DIMENSIONAR DE SISTEMA DE ALMACENAMIENTO
DE ENERGÍA.
 CONOCIMIENTO DE LOS ASPECTOS CLIMÁTICOS Y GEOGRÁFICOS.
29
ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Planificación y planteamiento de la instalación fotovoltaica
INSTALACIÓN
-El consumo de corriente
-La radiación solar
-La superficie de células fotovoltaicas
-El almacenamiento de energía
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la demanda eléctrica: consumo.
Generalmente se calcula la energía demandada en el periodo de un día.
POTENCIA ELÉCTRICA = VOLTAJE x CORRIENTE (WATT)
P = V x I (W)
La potencia de los equipos o artefactos a conectar al sistema
fotovoltaico se obtiene de la placa o datos técnicos de aquellos.
La potencia es una cantidad instantánea.
ENERGÍA ELÉCTRICA = POTENCIA x TIEMPO
(WATTx HORA)
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la demanda eléctrica: consumo.
Desarrollaremos un ejemplo: La descripción de las cargas es la siguiente:
4 Luces incandescente (12V/15W) 40min/día
4x15x(40/60) =
40Wh-día
1 Luz (12V/40W) 7h/día
1x40x7 =
280Wh-día
1 TV (12V/60W) 5h/día
1x60x5 =
300Wh-día
1 Radio (12V/10W) 6h/día
1x10x6 =
60Wh-día
ENERGÍA = 680 Wh-día
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la demanda eléctrica: consumo.
Si los artefactos deben ser conectados a los 220V, veamos un ejemplo:
El consumo total, por semana, será de:
Máquina de lavar:
520W x 2h-sem
=
1.040Wh-sem.
Máquina de Coser
100W x (3/4)h-sem =
75Wh-sem.
Aspiradora:
600W x 2,5h-sem
=
1.500Wh-sem.
ENERGÍA = 2.615 Wh/semana
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para
satisfacer el consumo.
Módulo de alto rendimiento fotovoltaico policristalino
Potencia peak
Voltaje
Corriente
Tamaño
Rendimiento
= 54Wp
= 17,4V
= 3,11A
= 639 x 652 mm
= 131,7Wp/m2
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para
satisfacer el consumo.
Módulo de alto rendimiento fotovoltaico policristalino
Potencia peak
Voltaje
Corriente
Tamaño
Rendimiento
= 87Wp
= 17,4V
= 5,2A
= 1007 x 652 mm
= 133,8 Wp/m2
NOTA: Una unidad de 200Wp y tamaño 1,41m2 , rinde: 141,8Wp/m2
35
ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para
satisfacer el consumo.
CONSUMO: 20W – 12V – 1,7a – Energía diaria = 20W x 10h = 200Wh
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para
satisfacer el consumo.
REQUERIMIENTO:
El sistema fotovoltaico que funciona como fuente de
energía eléctrica debe dimensionarse para proveer 200Wh
– día y hasta 3 días si ocurre que el tipo de clima del lugar
donde se instalará la luminaria solar, presenta en ocasiones
esa cantidad de días nublados.
37
ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para
satisfacer el consumo.
ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN:
En las 10 horas de sol el panel de 85Wp produce: 500Wh – día.
La luminaria consume 200Wh-día, por lo que los restantes 300Wh-día
quedan almacenados en la batería.
Para una autonomía de 3 días, la batería debe ser capaz de almacenar y
proveer sin ser recargada: 600Wh a 12V.
La batería deberá tener una capacidad mínima de:
(600/12) / 0,8 = 65,2Ah
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Determinación de la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para
satisfacer el consumo.
ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN:
Para el ejemplo se requiere:
1 panel fotovoltaico de 85Wp – 12V
1 regulador de carga de 12V – 5A
1 batería ciclo profundo de 100Ah
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Valor de la energía: Sistema de distribución convencional en Arica
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ENERGÍA FOTOVOLTAICA
Ejemplo: Un pequeño taller, consumo promedio: 1kW por 10 horas de
funcionamiento.
Consumo mensual = 1kW x 10h x 30días = 300kWh-mes
Costo del sistema fotovoltaico: $ 11.500.000.-
En la ciudad: modalidad de tarifa eléctrica BT1
Cobro mensual = $ 40.000.- aprox.
Recuperación de la inversión: 23,5 años.
Alejado de la red eléctrica: Cada kilómetros de línea de media tensión
(13,2KV) instalado tiene un costo de US $8.000.- (dato CNE) $ 4.300.000.Esta misma instalación fotovoltaica, resulta inmediatamente conveniente a los
2,6 kilómetros alejado del punto de empalme más cercano.
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CONCLUSIONES
• EXISTENCIA DEL CONOCIMIENTO Y DE LA TECNOLOGÍA PARA
APROVECHAR LAS FUENTES ENERGÍAS RENOVABLES. MADUREZ
TECNOLÓGICA.
• DESCONOCIMIENTO REAL DEL POTENCIAL ENÉRGÉTICO DE LA
REGIÓN.
• NECESARIAMENTE
SE
DEBE
PROSPECTAR
Y
MEDIR
LA
POTENCIALIDAD DE LOS RECURSOS ENÉRGÉTICOS RENOVABLES DE
LA
REGIÓN.
CON
INSTRUMENTACIÓN
Y
MEDICIONES
CERTIFICADAS.
• EXISTENCIA DE UN MARCO LEGAL PARA LA EXPLOTACIÓN, PARA LA
EJECUCIÓN, PARA EL USO Y COMERCIALIZACIÓN DE LAS ENERGÍAS
RENOVABLES.
42