IEC/TS :2005 Recommendations for small renewable energy and hybrid systems for rural electrification Part 4: System selection and design
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- Miguel García Vázquez
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1 NORMA TÉCNICA FONDONORMA SISTEMAS DE ENERGÍAS RENOVABLES E HÍBRIDOS DE BAJA POTENCIA. RECOMENDACIONES PARA SU UTILIZACIÓN EN LA ELECTRIFICACIÓN RURAL. PARTE 1: INTRODUCCIÓN GENERAL ANTEPROYECTO 1 NTF 11: OBJETO Esta norma técnica aplica para los casos en que la red eléctrica está demasiado alejada o las cargas individuales sean tan pequeñas como para justificar económicamente la conexión a red en lugares donde los sistemas renovables autónomos pueden usarse para suministrar este servicio. Esta norma tiene como finalidad proporcionar a todos los involucrados en desarrollos de electrificación rural (tales como proyectistas, instaladores, etc) documentos para la implementación de sistemas de energías renovables e híbridos, con niveles de tensión menores a 500 Vca ó 50 Vdc; a una potencia menor a 40 kw (50 kva). Esta norma se recomienda para: a) Elegir el sistema adecuado según el emplazamiento, b) Diseñar el sistema, c) Operar y mantener el sistema. Esta normativa trata de promover el uso de energías renovables en la electrificación rural, y por ende, no abarca por los momentos el desarrollo de mecanismos limpios (sobre emisiones de C0 2, desplazamiento del uso de combustible fósil, etc.). Estos mecanismos pueden ser introducidos en el futuro. Uno de los principales objetivos de esta norma es proporcionar los requisitos mínimos suficientes sobre el campo de aplicación para pequeños sistemas de energías renovables e híbridos no conectados a la red. Esta norma consta de varias partes que abarcan desde requisitos de seguridad hasta requisitos de operación para sistemas de energías renovables e híbridos. NOTA 1: La electrificación rural es una de las políticas de mejoras diseñadas para aumentar la calidad de vida en las poblaciones rurales no servidas. 2 REFERENCIAS NORMATIVAS Las siguientes normas contienen disposiciones que al ser citadas en este texto, constituyen requisitos de esta Norma Técnica. Las ediciones indicadas estaban en vigencia en el momento de esta publicación. Como toda norma está sujeta a revisión, se recomienda a aquellos que realicen acuerdos con base a ellas, que analicen la conveniencia de usar las ediciones más recientes de las normas citadas seguidamente. IEC/TS :2004 electrification Part 2: From requirements of users to a range of electrification systems IEC/TS :2004 electrification Part 3: Project development and management IEC/TS :2005 electrification Part 4: System selection and design IEC/TS :2005 electrification Part 5: Protection against electrical hazards.
2 IEC/TS :2005 electrification Part 6: Acceptance, operation, maintenance and replacement. IEC/TS :2008 electrification Part 7: Technical specifications: generators. IEC/TS :2010 IEC/TS :2008 IEC/TS :2007 IEC/TS :2007 IEC/TS :2008 IEC/TS :2006 IEC/TS :2006 IEC/TS :2006 IEC/TS :2013 IEC/TS electrification - Part 7-1: Generators - Photovoltaic generators. electrification - Part 7-3: Generator set - Selection of generator sets for rural electrification systems. electrification - Part 8-1: Selection of batteries and battery management systems for stand-alone electrification systems - Specific case of automotive flooded leadacid batteries available in developing countries. electrification - Part 8-1: Selection of batteries and battery management systems for stand-alone electrification systems - Specific case of automotive flooded leadacid batteries available in developing countries. electrification - Part 9-1: Micropower systems. electrification - Part 9-2: Microgrids. electrification - Part 9-3: Integrated system - User interface electrification - Part 9-4: Integrated system - User installation. electrification - Part 9-5: Integrated system - Selection of stand-alone lighting kits for rural electrification. electrification - Part 9-6: Integrated system - Selection of Photovoltaic Individual Electrification Systems (PV-IES). IEC/TS :2007 electrification - Part 12-1: Selection of self-ballasted lamps (CFL) for rural electrification systems and recommendations for household lighting equipment. IEC/PAS 62111:1999 Specifications for the use of renewable energies in rural decentralised electrification. 3 DEFINICIONES, TÉRMINOS Y ABREVIATURAS Para los propósitos de esta Norma FONDONORMA se aplican las siguientes definiciones establecidas en la serie IEC 62257: 3.1 almacenamiento Almacenamiento de la energía producida por uno o más generadores del sistema, la cual puede ser reconvertida a través del sistema eléctrico. 3.2 ER
3 Energía renovable. 3.3 microred Red que transfiere un nivel de capacidad menor o igual a 300 kw y/o que tenga hasta 40 puntos de acometida; accionado por un sistema de baja potencia. 3.4 sistema de baja potencia Sistema de generación menor o igual a 50 kva mediante el uso de un solo recurso o sistema hibrido. 3.5 sistema de electrificación colectiva (SEC) Sistema de generación de baja potencia y micro red que suplen electricidad para múltiples puntos de consumo, usando una o varias fuentes de energía. 3.6 sistema de electrificación individual (SEI) Sistema de generación de baja potencia que suministra electricidad para un punto de consumo, por lo general con una sola fuente de energía. 3.7 sistema híbrido Sistema de generación eléctrica que utiliza diferentes fuentes de energía; como eólica, solar, combustible fósil o hídrico. 3.8 sistema de potencia de despacho inmediato Cuando la potencia generada del sistema está disponible en cualquier momento (por ejemplo, un grupo electrógeno es un sistema de despacho inmediato, un generador ER es un sistema de despacho no inmediato). 3.9 sistema de potencia de despacho no inmediato Cuando la potencia generada del sistema es dependiente de los recursos; la potencia puede no estar disponible en un tiempo específico. 4 RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIÓN DE SISTEMAS DE ELECTRIFICACIÓN RURAL: Cuando se está desarrollando una política de electrificación del país o región, se requiere visualizar la situación a futuro: a mediano plazo (10 años) y a largo plazo (de 20 a 30 años). Esto quiere decir, que debe desarrollarse un plan general de electrificación para definir la mejor solución, tanto técnica como económica, del ciclo de vida del proyecto. Dicho plan debe tomar en cuenta la ampliación de la red y las soluciones autónomas (generación distribuida). El plan general debería permitir la selección entre dos modos de electrificación (sistemas autónomos o conectados a red) y, a su vez determinar el cronograma de ejecución de los mismos. También se necesita investigar cada población para obtener los datos sociológicos, económicos, geofísicos, así como del potencial energético de la zona de estudio. Con este enfoque, se necesitan evaluar las demandas para cada población. Esta evaluación debería incluir posibles cambios en los requerimientos de energía en función del desarrollo económico a futuro para cada población. El desarrollo urbano y las características demográficas también son importantes para determinar la mejor solución para la electrificación y para evaluar el monto necesario de inversión de capital. Se sugiere utilizar sistemas de información geográfica para identificar los diferentes tipos de suministro de energía por cada región. Adicionalmente en dicho plan, las poblaciones pueden ser priorizadas para la planificación de trabajo adicional de electrificación en base a períodos de uno a cinco años. En este proceso, debería tomarse como principales criterios de priorización el ámbito geopolítico (evaluación geográfica, político territorial, cantidad de centros poblados y población no servida, concentración de población por estado, así como comunidades rurales) y el ámbito socio económico (cantidad de poblaciones beneficiadas, servicio parcial de suministro eléctrico).
4 Se pueden hacer simulaciones mediante la variación de todos los parámetros relevantes para permitir un análisis técnico - financiero exhaustivo del sistema seleccionado. La figura 1 es una ilustración del progreso de la electrificación en dicha metodología del plan general. Progreso del trabajo de electrificación. (Año n) Progreso del trabajo de electrificación. (Año n+1) Leyenda Sistema de electrificación colectiva Sistema a de electrificación individual Red eléctrica Figura 1. Ejemplo del progreso de la electrificación siguiendo la metodología del plan general. 5 SISTEMAS DE ELECTRIFICACIÓN QUE REQUIEREN UN RANGO La electrificación rural usando sistemas aislados, se diseña para suplir energía para puntos de demanda localizados en áreas rurales que no pueden ser conectados fácilmente (económicamente) al sistema eléctrico nacional. En muchos de los casos, los puntos de consumo pueden consistir en los siguientes tipos de demanda: Procesos específicos ( por ejemplo sistemas hidroneumáticos, sistemas de respaldo) Viviendas aisladas Servicios públicos (por ejemplo alumbrado público, escuelas, centro de salud, iglesias, edificios administrativos y/o gubernamentales, etc.) Actividades comerciales (por ejemplo talleres, pequeñas industrias, comercios, etc). La solución de un sistema descentralizado puede tener dos tipologías básicas: Sistemas de electrificación colectiva (SEC); los cuales suplen de electricidad a múltiples puntos de consumo usando una sola (o múltiples) fuente de energía, y sistemas de electrificación individual (SEI); que suplen la electricidad para un solo punto de consumo (generalmente con un solo punto de fuente de energía). Los sistemas de electrificación colectiva (SEC) son adecuados para áreas rurales, relativamente pobladas, por ejemplo grandes comunidades, mientras los sistemas de electrificación individual (SEI) son apropiados para poblados esparcidos y/o propiedades aisladas. Los sistemas de electrificación individual (SEI) pueden incorporar dos subsistemas:
5 Subsistema de producción eléctrica. Subsistema para utilizar esa energía eléctrica. Los sistemas de electrificación colectiva (SEC) pueden incorporar tres (3) subsistemas: Un subsistema de producción de energía eléctrica. Por convención, esta parte es designada sistema de baja potencia. Una red secundaria para la distribución de esta potencia. Por convención, esta parte es designada microred. Un subsistema de demanda incluido el cableado interno de la vivienda y los electrodomésticos. La decisión de utilizar un sistema de electrificación colectiva (SEC) o un sistema de electrificación individual (SEI), puede ser determinada por un análisis técnico económico. Dicho análisis, sin embargo debe tomar en cuenta la pertinencia de los aspectos sociológicos y culturales. La decisión final también debe estar influenciada por otras consideraciones, por ejemplo, el tiempo de operación diaria. Los sistemas de diseño simple requieren el uso de un pequeño grupo electrógeno y una microred para distribuir la potencia entre los ususarios. Tipicamente, el grupo electrógeno está limitado como sistema de respaldo en casos de falla. El uso de sistemas híbridos puede permitir una mayor fiabilidad del suministro. La energía producida por fuentes de energías renovables puede ser almacenada en baterías. La misma se encuentra disponible en la microred durante gran parte del día o incluso durante todo el día. La energía adicional puede ser suministrada por un grupo electrógeno cuando las energías renovables no sean suficientes. NOTA 2: En muchos países en desarrollo a menudo hay una baja demanda de electricidad en comunidades rurales y una concurrente capacidad de pago limitada. Los requerimientos de los usuarios individuales oscilan entre unas pocas decenas y unos pocos miles de Wh/día. En los países en desarrollo, los requerimientos de energía puede ser más grandes, así como la calidad esperada del servicio. La solución con sistema de electrificación individual (SEI) puede ser la opción obvia para zonas con muchas viviendas dispersas. Si la demanda electrica individual es baja, el costo de ese sistema puede ser relativamente bajo siempre que los sistemas puedan ser producidos en grandes cantidades. La Tabla 1 muestra algunas de las ventajas y desventajas de los sistemas individuales y colectivos. En ambos casos, los electrodomésticos utilizados deben ser de bajo consumo y energéticamente eficientes. El uso de cargas de bajo consumo o eficientes debe ser obligatorio en estos proyectos.
6 Tabla 1. Ventajas y desventajas de los sistemas de uso individual y colectivos propuestos Sistemas de Electrificación Individual (SEI) Ventajas El consumo de energía es manejado por el usuario. El consumo puede ser determinado por el usuario de un día para otro. La falla de los sistemas afecta a un único usuario. Los sistemas pueden ser cambiados y devueltos a los fabricantes Desventajas En caso de manejo inadecuado de la energía, el usuario puede verse afectado. Un sistema individual de monitoreo puede ser costoso y complejo El servicio de reparación y mantenimiento no es prestado comúnmente en áreas rurales, especialmente en países en vía de desarrollo. Sistemas de Electrificación Colectiva (SEC) El ahorro de energía puede ser practicado mejorando el manejo de herramientas sin perjudicar la fiabilidad del suministro de energía. La telemetría puede ser una opción económica para monitorear el status del sistema. Si el sistema central falla, todos tienen un corte de energía. Los sistemas necesitan ser reparados en el lugar.
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