TIPOS DE ENERGÍAS RENOVABLES NO CONVENCIONALES Y SU NIVEL DE DESARROLLO Y EXPERIENCIA EN LA REGIÓN DE ARICA Y PARINACOTA

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1 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 rovalle@uta.cl CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA - ELECTRÓNICA 1

2 Fuente de Energía: SOL DESIERTO DE ATACAMA, CHILE W /m 2 2

3 NORMAS CHILENAS RELATIVAS A LAS ENERGÍAS REN0VABLES COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA SUPERINTENDENCIA DE ELECTRICIDAD Y COMBUSTIBLE 3

4 REGIÓN ARICA Y PARINACOTA ENERGÍAS RENOVABLES, FUTURO SUSTENTABLE 4

5 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

6 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

7 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. 7

8 ENERGÍA GEOTERMICA CASO REGIÓN ARICA Y PARINACOTA: LICITACIÓN DE CONCESIONES PARA LA EXPLORACIÓN DE ENERGÍA GEOTÉRMICA EN JUNIO 2009 Ministerio de Minería 8

9 ENERGÍA GEOTERMICA Ministerio de Minería 9

10 ENERGÍA GEOTERMICA Ministerio de Minería 10

11 ENERGÍA GEOTERMICA Ministerio de Minería 11

12 ENERGÍA GEOTERMICA Ministerio de Minería 12

13 ENERGÍAS DE LAS OLAS DEL MAR 13

14 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. 14

15 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: 15

16 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. 16

17 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 17

18 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 metros de caída de agua (efectiva) 18

19 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. 19

20 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. 20

21 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. 21

22 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. 22

23 ENERGÍA EÓLICA Central eólica, Norte chico, Chile 23

24 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 60m 2. 24

25 Horas de viento mes Potencia eléctrica generada W - mes ENERGÍA EÓLICA Comparación de la producción de energía entre aerogeneradores de distinta potencia PROMEDIO RÉGIMEN DE VIENTO EN POZO ALMONTE MES DE MARZO (Dato CNE) Curvas de energía 1.000W W viento 300W Velocidad del viento m/s El aerogenerador de 500W es superior en rendimiento que el de 300W y 1000W 25

26 ENERGÍA SOLAR 26

27 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. 27

28 ENERGÍA FOTOVOLTAICA Propósito de un sistema de generación eléctrica fotovoltaico Fuente de energía: EL SOL INAGOTABLE Transformación a electricidad Uso: CONSUMO SUSTENTABLE 28

29 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

30 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 30

31 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) 31

32 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 32

33 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 = Wh/semana 33

34 ENERGÍA FOTOVOLTAICA Determinación de la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para satisfacer el consumo. Módulo de alto rendimiento fotovoltaico policristalino Potencia peak = 54Wp Voltaje = 17,4V Corriente = 3,11A Tamaño = 639 x 652 mm Rendimiento = 131,7Wp/m 2 34

35 ENERGÍA FOTOVOLTAICA Determinación de la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para satisfacer el consumo. Módulo de alto rendimiento fotovoltaico policristalino Potencia peak = 87Wp Voltaje = 17,4V Corriente = 5,2A Tamaño = 1007 x 652 mm Rendimiento = 133,8 Wp/m 2 NOTA: Una unidad de 200Wp y tamaño 1,41m 2, rinde: 141,8Wp/m 2 35

36 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 36

37 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

38 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 38

39 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 39

40 Valor de la energía: Sistema de distribución convencional en Arica 40

41 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: $ En la ciudad: modalidad de tarifa eléctrica BT1 Cobro mensual = $ 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 $ (dato CNE) $ Esta misma instalación fotovoltaica, resulta inmediatamente conveniente a los 2,6 kilómetros alejado del punto de empalme más cercano. 41

42 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