DESALACIÓN DE AGUA DE MAR UTILIZANDO ENERGÍA RENOVABLE. Cesar Cisneros CETER, ISPJAE, Cuba INTRODUCCIÓN

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "DESALACIÓN DE AGUA DE MAR UTILIZANDO ENERGÍA RENOVABLE. Cesar Cisneros CETER, ISPJAE, Cuba INTRODUCCIÓN"

Arturo Botella de la Cruz
hace 8 años
Vistas:

1 DESALACIÓN DE AGUA DE MAR UTILIZANDO ENERGÍA RENOVABLE. Cesar Cisneros CETER, ISPJAE, Cuba INTRODUCCIÓN El crecimiento industrial y el crecimiento de la población y a su vez la no disciplina o falta de control en evitar la contaminación de los recursos hídricos han conllevado a que las fuentes naturales de agua sean cada vez menores. Esto es agravado también por la escasez de lluvia en regiones, fundamentalmente en la región oriental de país. Por años la desalación de agua de mar o salobre ha sido la solución para muchos países que tienen escasos recursos hídricos. La tecnología de la desalación es de gran intensidad energética y su costo es elevado para países en desarrollo que no poseen combustibles fósiles. Definida la sostenibilidad a partir de cubrir las necesidades del presente sin perjudicar las necesidades de las futuras generaciones, es que se hace necesario que la desalación de agua de mar, la cual necesita energía para su realización, se haga independiente en tanto sea posible, de los combustibles fósiles. El mero hecho de utilizar eficientemente estos últimos no es suficiente para obtener la sostenibilidad. Desarrollo: Los sistemas de desalinización son diseñados para operar con un consumo estable de potencia, la variabilidad de la potencia en el caso de fuentes de energía renovables, provoca que la planta de desalinización trabaje en condiciones no óptimas y puedan provocarse problemas operacionales. Un

hídricos han conllevado a que las fuentes naturales de agua sean cada vez menores. Esto es agravado también por la escasez de lluvia en regiones, fundamentalmente en la región oriental de país.

2 sistema de almacenamiento de energía pequeño puede agregarse para aliviar el problema pero esto aumenta el costo del sistema. En general, el acople de fuentes de energía renovables a los procesos de desalinización es un desafío técnico con los mayores problemas asociados a su carácter intermitente y al costo de sistema de total. La ausencia de cualquier tipo de almacenamiento significa que la energía proporcionada por la planta de energía renovable debe igualar a la que se consume por el proceso de desalinización. Desgraciadamente no hay un equilibrio natural ya que las fuentes renovables como el viento aparecen de una manera muy estocástica, y la solar sigue un cierto modelo periódico, a diferencia los procesos de desalinización exhiben una demanda de potencia fija, el desafío básico es por consiguiente crear las arquitecturas del sistema y estrategias del mando que lograrán este equilibrio. Para llevar a cabo la evaluación económica del sistema de desalación y del sistema de generación, se partió de analizar los costos que generan cada una de las partes componentes en cuestión. El Costo Total de la Instalación viene dado por la siguiente expresión: C = C + C TI PG PD C TI : Costo Total de la Instalación. C PG : Costo de la Planta Generadora. C PD : Costo de la Planta Desaladora.

total. La ausencia de cualquier tipo de almacenamiento significa que la energía proporcionada por la planta de energía renovable debe igualar a la que se consume por el proceso de desalinización.

3 El programa de simulación realiza el cálculo de diferentes costos para finalmente obtener el Total Net Present Cost (C CNP ), el mismo se calcula mediante la siguiente expresión: C Cann, tot = CNP CRF, ( i Rproj) Cann,tot : Costo total anualizado del sistema ($/año). CRF (): Factor de recuperación del capital. i : Tasa de interés (%). Rproj : Tiempo de vida del proyecto (año). El ( Cann, tot ) se obtiene mediante la sumatoria de todos los costos anuales del sistema y otros costos. El factor de recuperación del capital es una razón usada para calcular el valor presente de una anualidad (una serie de Flujos de Cajas iguales) y está en función de la tasa de interés y del número de años para el que está previsto dure el sistema, el mismo se puede calcular mediante la ecuación: CRF ( i, N ) N i( 1+ i) ( 1+ i) 1 = N N : Número de años. ι i f Tasa de interés: i = 100 (valor en %) 1+ f (El valor tomado para los cálculos fue del 10 %) i : Tasa de interés real. ι i : Tasa de interés nominal. f : Tasa de inflación. Precios corrientes de los elementos del Sistema Híbrido.

El ( Cann, tot ) se obtiene mediante la sumatoria de todos los costos anuales del sistema y otros costos.

4 Plantas eólicas El costo total por kilowatt instalado varía entre los 900 y $/Kw [16]. El costo de O & M se comporta de la siguiente manera: en los primeros seis años oscila entre los 2 y 3 % del costo de inversión total, luego de los seis años este aumenta al 5 % del costo de inversión total y a partir de los diez años hay que realizar nuevas inversiones y reparaciones, constituyendo esto el mayor peso en el costo de O & M. Valores de 22.5 a 32.5 $/Kw son recomendados en [20, 15]. El costo de operación y mantenimiento de varios generadores eólicos es afectado (disminuido) en función de la cantidad de estos según. CO & M = C in C u (0.9 Cu 1) ) donde: C in : costo inicial $ C u : Cantidad de unidades Generador diesel El índice de costo de inversión en función de la capacidad ($/Kw) y el índice de costo de operación y mantenimiento expresado en $/Kwh están reflejados en la tabla 29. Tabla 29. Costos relacionados a Generadores. Capacidad (KW) $/KW $/KWh Sistema fotovoltaico El índice de costo de un sistema fotovoltaico viene expresado en $/Kwp; donde el kilowatt pico (Kwp) es definido como la potencia generada en condición estándar (radiación solar de 1000 w/m 2 y temperatura de 25ºC). Prácticamente el costo de 1 Kw oscila entre los 4500 a 6500 $/Kwp y de ello del 40 al 60 %

inversión total y a partir de los diez años hay que realizar nuevas inversiones y reparaciones, constituyendo esto el mayor peso en el costo de O & M. Valores de 22.5 a 32.

5 corresponde a los paneles solares y el resto a los inversores, cables, equipos e instalación. El costo de operación y mantenimiento oscila entre los 0.02 a 0.1c$/Kwh, siendo el tiempo de vida de estos equipos de 20 años. Baterías, inversores y controladores de carga El índice de costo de estos equipos es de 1610 $/Kw (para capacidades de 30 a 300 w), 836 $/Kw y de 5.80 $/amp respectivamente. Los gráficos mas abajo presentados revelan el costo del agua desalinizada para diferentes capacidades y para diferentes combinaciones de las fuentes energéticas. De forma general en ambos gráficos se observa que el costo del agua disminuye con el aumento de la capacidad de producción de la misma. El valor promedio (considerando todas las combinaciones de sistemas) de este costo es de 3,10 para los 5 m 3 /d, de 2,86 para los 10 m 3 /d, de 0,87 para 50 m 3 /d, de 0,85 para 100 m 3 /d, de 0,73 para 500 m 3 /d y de 0,67 para 1000 m 3 /d. Para el caso de pequeñas capacidades (hasta 10 m 3 /d) este costo está muy influenciado por la utilización de las energías renovables producto del costo inicial de la misma. Se observa que al duplicar la producción el costo disminuye en un 4 % para la 1 ra combinación, sin embargo para la 4 ta es de un 7%, la aplicación de la energía eólica al duplicar la producción conlleva a que el costo disminuya por debajo del costo obtenido cuando se utiliza un generador eléctrico. Para mediana capacidad (hasta 100 m 3 /d) el comportamiento de los costos pasa de forma similar, es decir, hay una tendencia a la disminución de los mismos pero a la vez estos se comportan por lo general de igual forma excepto para la variante que utiliza el Generador diesel, la Turbina eólica y el Convertidor en la cual se observa una disminución muy detallada. Se observa que al duplicar la producción el costo disminuye en un 2 % lo que evidencia la tendencia a una disminución de los costos.

Baterías, inversores y controladores de carga El índice de costo de estos equipos es de 1610 $/Kw (para capacidades de 30 a 300 w), 836 $/Kw y de 5.80 $/amp respectivamente.

6 Para el caso de grandes capacidades (hasta 1000 m 3 /d) el comportamiento de los costos se mantiene disminuyendo pero se observa una valor constante de los costos para 500 m 3 /d (0,74) a excepción de la misma variante antes referenciada. Si se duplica la producción el costo disminuye en un 8 %. Sin embargo la disminución de los costos de 5 m 3 /d respecto 500 m 3 /d (100 veces mayor) es de un 76 % lo que demuestra esta disminución periódica pero no constante de los costos respecto a la producción de agua Costo vs Capacidad con Diesel+batería + convertidor con Diesel + convertidor +batería + eólico eólico y convertidor. +batería +convertidor + panel +convertidor +panel producida con

Sin embargo la disminución de los costos de 5 m 3 /d respecto 500 m 3 /d (100 veces mayor) es de un 76 % lo que demuestra esta disminución periódica pero no constante de los costos

7 Costo vs Capacidad producida con Diesel con Diesel+batería + convertidor con Diesel + convertidor +batería + eólico producida con Diesel eólico y convertidor. producida con Diesel +batería +convertidor + panel producida con Diesel +convertidor +panel producida con Diesel+convertidor+panel+baterí + óli Conclusiones El sistema híbrido proporciona una garantía de energía casi constante bajo cualquier tipo de circunstancia y se convierte en una alternativa muy interesante al usar como fuente la energía solar fotovoltaica y la eólica, ambas unidas al generador Diesel. De forma general se obtuvo que el costo del agua producida disminuye con el aumento de la capacidad de producción de la misma. El valor promedio (considerando todas las combinaciones de sistemas) de este costo es de 2,24 para los 5 m 3 /d, de 2,20 para los 10 m 3 /d, de 0,29 para 50 m 3 /d, de 0,25 para 100 m 3 /d, de 0,14 para 500 m 3 /d y de 0,08 para 1000 m 3 /d

garantía de energía casi constante bajo cualquier tipo de circunstancia y se convierte en una alternativa muy interesante al usar como fuente la energía solar fotovoltaica y la eólica, ambas unidas

Documentos relacionados

8. Resultados de la simulación

8. Resultados de la simulación 8.1. Sin almacenamiento en baterías La primera parte de la simulación de la instalación en HOMER se ha realizado sin la existencia de baterías. Figura 44: Esquema general