POSTULACIÓN CONCURSO ENERGÍAS RENOVABLES DE PROYECTOS APOYO PARA LA GUÍA DE. para MIPYMES Biobío

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1 CONCURSO ENERGÍAS RENOVABLES para MIPYMES Biobío GUÍA DE APOYO PARA LA POSTULACIÓN DE PROYECTOS

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3 Tabla de Contenidos 1 Objetivo Actores que participan en el desarrollo de un proyecto de Energías Renovables Introducción a un proyecto de energía renovable Análisis del consumo energético Fuentes de energía y usos energéticos Consumo de electricidad Lectura de las boletas o facturas de electricidad Suma de los consumos individuales de los artefactos eléctricos Costo de energía eléctrica Consumo de agua caliente sanitaria Determinación del consumo de agua Determinación de la energía requerida para calentar agua Costo de agua caliente sanitaria Consumo de energía para calefacción Costo de calefacción Análisis de eficiencia energética Las Energías Renovables No Convencionales Pequeña hidráulica Energía Geotérmica Energía Marina Bioenergía Energía Eólica Energía Solar Análisis del recurso Recurso viento Recurso Solar Biomasa para producción de biogás Biomasa para generación de energía térmica Soluciones tecnológicas a pequeña escala con ERNC Generación de energía eléctrica Sistemas fotovoltaicos Bombeo solar (energía solar fotovoltaica) Sistemas eólicos de baja potencia Centrales hidráulicas menores a 20 MW Sistemas híbridos aislados Sistema de generación de energía térmica Combustión de biomasa Sistemas de generación de biogás Sistemas solares térmicos Sistemas geotérmicos de baja entalpía Evaluación del beneficio económico de un proyecto de ERNC Estimación de los costos de inversión Estimación de los costos de operación Estimación del ahorro en energía Evaluación económica... 54

4 10 Referencias Anexos Anexo Anexo Anexo Anexo Anexo Índice de Tablas Tabla 1. Unidades de medida de energía Tabla 2. Unidades de medida de energía eléctrica Tabla 3. Ejemplo de usos energéticos para generación de frío y calor Tabla 4. Tabla de identificación de usos energéticos y fuente de energía en MIPYMES Tabla 5. Empresas distribuidoras de energía eléctrica presentes en la Región del Biobío Tabla 6. Listado de potencias típicas en artefactos eléctricos comunes Tabla 7. Tipos de Tarifas para clientes en Baja Tensión (BT) Tabla 8. Tabla resumen de consumo y costos de electricidad, a completar por el lector Tabla 9. Consumo promedio de agua caliente sanitaria, según tipo de consumidor Tabla 10. Tabla resumen consumo de agua potable y energía para obtener agua caliente sanitaria, a completar por el lector Tabla 11. Rendimiento promedio de equipos para calefacción por combustión directa Tabla 12. Poderes caloríficos de combustibles comunes Tabla 13. Precios referenciales para diferentes combustibles utilizados en calefacción Tabla 14. Tabla resumen de costo en calefacción Tabla 15. Tabla resumen análisis eficiencia energética Tabla 16. Generación de sustrato para porcinos, bovinos y aves Tabla 17. Generación de desechos y disponibilidad de materia orgánica seca para producir biogás, a partir de los principales cultivos de temporada Tabla 18. Tasa de generación de residuos de cultivos de otros cultivos de temporada Tabla 19. Tabla resumen costos de inversión Tabla 20. Tabla resumen costos de operación Tabla 21. Latitud y temperaturas medias mensuales y temperatura media anual de la red de agua potable, en las comunas de la Región del Biobío Tabla 22. Factores de corrección para la radiación global horizontal Tabla 23. Poderes caloríficos para distintos tipos de biomasa Tabla 24. Densidad aparente de distintos tipos de biomasa, para la generación de calor

5 Índice de Figuras Figura 1. Preguntas que se deben responder antes de realizar un proyecto de Energías Renovables Figura 2. Extracto boleta (superior derecho) de empresa distribuidora de electricidad en el Gran Concepción Figura 3. Ejemplo de etiqueta en calefactor eléctrico. Certificado de aprobación Figura 4. Ejemplo de etiqueta en refrigerador. Eficiencia energética. Fuente: Agencia Chilena de Eficiencia Energética Figura 5. Herramienta de cálculo de consumo mensual Figura 6. Extracto de una boleta de la cuenta de gas Figura 7. Principales recurso utilizados para autoabastecimiento en las MIPYME Figura 8. Interface de explorador eólico Figura 9. Interface de explorador eólico. Pestaña para seleccionar el tipo de reporte Figura 10. Interface explorador solar Figura 11. Interface explorador solar. Pestaña para generación de reporte Figura 12. Ejemplo de instalación de sistema fotovoltaico Figura 13. Esquema sistema generación fotovoltaica aislada de Corriente Continua Figura 14. Esquema sistema generación fotovoltaica aislada de Corriente Alterna Figura 15. Esquema de configuración de sistema de generación fotovoltaica según Ley Figura 16. Ejemplo de sistema eólico de baja potencia Figura 17. Configuración de sistema fotovoltaico híbrido Figura 18. Esquema de sistema para producción de biogás Figura 19. Ejemplo de colectores planos Figura 20. Colector de tubo al vacío Figura 21. Calculadora solar térmica Figura 22. Calculadora solar fotovoltaica Figura 23. Extracto boleta gas

6 1 Objetivo Apoyar la estructuración técnica y evaluación económica de proyectos de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) para autoabastecimiento energético, total o parcial, de Micro, Pequeñas y Medianas Empresas (MIPYME) de la Región del Biobío. Se define MIPYME como aquella microempresa, pequeña empresa y/o mediana empresa cuyas ventas anuales sean menores a UF, según clasificación del Servicio de Impuestos Internos, que cuentan con inicio de actividades ante el Servicio de Impuestos Internos y que tributan en Primera Categoría del Impuesto a la Renta. 5

7 2 Actores que participan en el desarrollo de un proyecto de Energías Renovables Para efectos del presente documento, y en relación a lo indicado en las Bases Técnicas y Administrativas del Programa Fondo Regional de Sensibilización y Cofinanciamiento de Proyectos de Inversión en Energías Renovables No Convencionales para Autoabastecimiento para MIPYME de la Región del Biobío, se define lo siguiente: - Beneficiario: personas naturales o jurídicas, que desarrollen su actividad económica en alguna comuna de la Región del Biobío, cuyas ventas anuales sean menores a UF (microempresa, pequeña empresa y/o mediana empresa, según clasificación del Servicio de Impuestos Internos), y que tributen en Primera Categoría del Impuesto a la Renta. En este documento nos podremos referir a Beneficiario(a), MIPYME Beneficiada o Beneficiario del proyecto. - Asociado: persona natural o jurídica proveedora de tecnología y/o de los servicios energéticos, con experiencia en la construcción, operación y/o mantenimiento de sistemas energéticos en base a fuentes de Energías Renovables para el autoabastecimiento. En esta guía nos podremos referir al Asociado como: empresa asociada, desarrollador del proyecto, contraparte técnica, proveedor de servicios o proveedor de tecnología. 6

8 3 Introducción a un proyecto de energía renovable Antes de iniciar un proyecto de autoabastecimiento energético basado en Energías Renovables No Convencionales (ERNC) para una Micro, Pequeña o Mediana empresa, existen algunas preguntas que el Beneficiario del proyecto debiera analizar, que le serán de utilidad en la configuración técnica y financiera del proyecto. Estas preguntas son: 1. Cuál es la necesidad energética de la empresa? Identificar el tipo energía que necesita la empresa para la operación (calor, electricidad, agua caliente, vapor, etc) y el uso de ésta. 2. Cuánta energía utiliza actualmente la empresa? El desarrollador debe conocer el consumo energético de la empresa (kwh, m 3 de agua, m 3 de vapor, m 3 de gas, etc) 3. Cuánto es el costo en energía para la empresa? Se debe conocer cuánto dinero gasta la empresa por concepto de energía, lo que se refleja en las cuentas de luz, gas, etc. 4. Qué medidas de eficiencia energética se pueden implementar en la empresa? 5. Cuál es la disponibilidad del recurso renovable que dispone la empresa? Acciones y/o inversiones que se pueden realizar en el corto plazo, para aumentar la eficiencia energética de la empresa. Se debe conocer cuanto recurso hay disponible para la obtención de energía y que necesidad se puede satisfacer con él. 6. Cuáles son los tipos de ERNC y las soluciones tecnológicas a pequeña escala? 7. Cuál es el beneficio económico de implementar un proyecto de ERNC? Identificar la fuente de ERNC y las soluciones que tecnológicas a pequeña escala que se pueden aplicar en la empresa. El desarrollador debe evaluar el proyecto, determinando inversión, ahorro y tiempo de retorno de la inversión. Figura 1. Preguntas que se deben responder antes de realizar un proyecto de Energías Renovables. Los siguientes capítulos ayudarán al Beneficiario del proyecto a contestar cada una de las preguntas planteadas y, al finalizar esta guía, podrá contar con la base para el desarrollo de un proyecto de autoabastecimiento basado en ERNC. 7

9 4 Análisis del consumo energético En este Capítulo se entregan herramientas para caracterizar el consumo energético actual en una MIPYME, para lo cual es necesario seguir los siguientes pasos: - Identificar usos y fuentes de energía actuales de la MIPYME. - Cuantificar el consumo de cada una de las fuentes utilizadas en la MIPYME. - Determinar el costo en energía total de la MIPYME, identificando cuál o cuáles usos representan actualmente el mayor gasto en energía para la empresa. La definición más común de energía tiene que ver con la Física y es la capacidad para producir un efecto o trabajo. También podemos decir que: - La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. - La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo. - La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica. Algunas unidades de medida de energía usadas generalmente son: Tabla 1. Unidades de medida de energía. Unidad Abreviatura Uso de la Unidad Joule J Energía Mecánica Watt hora Wh Energía Eléctrica Calorías Cal Energía Térmica British Thermal Unit BTU Contenido energético de combustibles En términos de Energía Eléctrica, se define que la energía es el producto de la Potencia Eléctrica (expresada en kilowatt, kw) por el tiempo, expresado en horas (h). Generalmente se mide en Watt hora (Wh) o kilowatt hora (kwh). En la siguiente tabla se indican unidades de medida de la energía eléctrica. Tabla 2. Unidades de medida de energía eléctrica. Unidad de medida Se lee: Wh = 1 kwh Un Kilowatt hora kwh = 1 MWh Un Megawatt hora De lo indicado anteriormente, se tiene que: Energía = Potencia x Tiempo 8

10 4.1 Fuentes de energía y usos energéticos Las fuentes de energía con las cuales se satisfacen los requerimientos energéticos se clasifican en: - Fuentes de energía primaria: son aquellas que se encuentran en la naturaleza y pueden ser utilizadas sin un proceso de transformación. Estas pueden estar disponibles en forma directa, como la biomasa, energía hidráulica, energía del mar, energía eólica y energía solar, o bien, pueden estar disponibles en forma indirecta, como por ejemplo, el petróleo crudo y gas natural, que requieren de extracción. - Fuentes de energías secundarias: aquellas que provienen de la transformación física, química o bioquímica, de una fuente de energía primaria. Entre ellas se encuentran la electricidad, los derivados del petróleo (bencina, parafina, diesel, entre otras), carbón mineral y el gas de ciudad. Las fuentes de energías primarias se clasifican en renovables y no renovables; las fuentes de energías renovables son aquellas fuentes inagotables (sol, viento), o bien, que se renuevan a escala de tiempo humana; y corresponden a las energías provenientes de los recursos solar, eólico, hidráulico, biomasa, marina y geotermia. Las fuentes de energías primarias no renovables son aquellas que no se renuevan a escala de tiempo humana, es decir, los combustibles fósiles como el carbón, petróleo, gas natural. En el Capítulo 6 se describirán en detalle los tipos de energías renovables, en particular, aquellas denominadas Energía Renovables No Convencionales, ERNC. Los usos energéticos corresponden a los usos que se le da a la energía en la MIPYME, usos que dependerán de la actividad de ésta, y que se pueden dividir en usos relacionados con la generación de frío y calor (aplicaciones térmicas) y aplicaciones eléctricas. A continuación se presentan algunos ejemplos de usos y fuentes. Tabla 3. Ejemplo de usos energéticos para generación de frío y calor. Usos para generación de frío y calor Refrigeración Calefacción residencial /comercial Generación calor industrial (gases vapor) Enfriamiento/ventilación de espacios Generación de agua caliente sanitaria Fuente(s) de energía Electricidad Leña, gas licuado, parafina, gas natural, electricidad Gas natural, petróleo Electricidad Gas natural, gas licuado, electricidad Entre las aplicaciones que utilizan energía eléctrica se encuentran: iluminación, uso de computadores, electrodomésticos, herramientas eléctricas, bombas, etc. 9

11 Como ejemplo, veamos el caso de un complejo turístico compuesto por cabañas, un salón de eventos y tinas de agua caliente. El agua caliente para las cabañas y para la calefacción proviene de una caldera a gas licuado. Con esta información se construye una tabla de identificación de usos energéticos y fuentes de energía, como la presentada en la Tabla 2. Tabla 4. Tabla de identificación de usos energéticos y fuente de energía en MIPYMES. Uso Energético Agua caliente para cabañas Temperado de tinas calientes Climatización (Calefacción en invierno en cabañas) Climatización (Calefacción en invierno en sala de eventos) Climatización (Ventilación en verano en cabañas) Iluminación cabañas Iluminación exterior Iluminación sala eventos Otros consumos: Electrodomésticos cabañas Otros consumos: Electrodomésticos sala de eventos Fuente de energía Gas licuado Leña Gas licuado Gas licuado Electricidad Electricidad Electricidad Electricidad Electricidad Electricidad 4.2 Consumo de electricidad El consumo de electricidad se mide en kilowatt hora o kwh, durante una cantidad de tiempo determinado. Se puede obtener de la lectura directa de las boletas o facturas de electricidad, o bien, calculándolo a partir de la suma de los consumos de cada uno de los artefactos eléctricos que dispone la instalación. A continuación se describen ambos métodos Lectura de las boletas o facturas de electricidad. A partir de la lectura de las boletas o facturas pagadas, se puede conocer cuánto consume la instalación en electricidad. Por ello, se recomienda juntar las boletas o facturas que la MIPYME ha pagado por el periodo de un año, para determinar cuáles son los meses de menor y de mayor consumo eléctrico. Las empresas que distribuyen energía eléctrica emiten facturas y boletas que tienen contenido similar. Las empresas distribuidoras de energía eléctrica presentes en la Región del Biobío se indican en Tabla 5. Tabla 5. Empresas distribuidoras de energía eléctrica presentes en la Región del Biobío. Nombre Empresa Coelcha Coopelan Copelec Página web

12 Nombre Empresa CGE Emelectric 1 Frontel 2 Luz Parral Página web Como ejemplo, se analizará una boleta de la empresa CGE Distribución. Figura 2. Extracto boleta (superior derecho) de empresa distribuidora de electricidad en el Gran Concepción. Según esta boleta: Consumo mensual de electricidad = 54 kwh Además la boleta nos entrega información respecto al costo diario en energía eléctrica, ya que los 54 kwh es dividido por el periodo medido (9 de mayo a 6 de junio de 2014), es decir, 29 días. Lo anterior da como resultado los $177 pesos por día que se gastan en energía eléctrica para este ejemplo Suma de los consumos individuales de los artefactos eléctricos. Otra forma de obtener el consumo de energía eléctrica consiste en calcular y sumar los consumos de cada uno de los artefactos eléctricos de los que disponemos en el hogar, oficina o donde se quiera instalar el sistema generación eléctrica con ERNC. 1 La empresa distribuidora de energía eléctrica Emelectric pertenece al Grupo CGE. 2 La empresa distribuidora de energía eléctrica Frontel pertenece al Grupo de Empresas SAESA. 11

13 Muchos de los artefactos eléctricos de uso común cuentan con etiquetas en las que se especifica la potencia eléctrica (en W o kw) o el consumo energético mensual (kwh/mes), como las mostradas en las siguientes figuras: Figura 3. Ejemplo de etiqueta en calefactor eléctrico. Certificado de aprobación. En la Figura 3 se muestra una etiqueta de un calefactor eléctrico. En ella se observa que la potencia del artefacto es de W. Figura 4. Ejemplo de etiqueta en refrigerador. Eficiencia energética. Fuente: Agencia Chilena de Eficiencia Energética. En la Figura 4 se muestra una etiqueta de un refrigerador, correspondiente a la clasificación de Eficiencia Energética. Se observa que el consumo mensual de energía para el refrigerador es 20,22 kwh. 12

14 También se puede obtener la potencia eléctrica desde los catálogos o cajas de embalaje de los artefactos. De no encontrarse esa información, a continuación se presenta un listado de las potencias típicas de los artefactos eléctricos más comunes 3 : Tabla 6. Listado de potencias típicas en artefactos eléctricos comunes. Artefacto eléctrico Refrigerador Tubos fluorescentes Pantalla LED Televisor convencional Ampolleta ahorro de energía Calefactor eléctrico Hervidor eléctrico Horno eléctrico Lavadora Computador de escritorio (CPU y pantalla) Notebook Potencia típica 200 W W 5 10 W 100 W 12 W W W W 300 W 200 W W Dado que lo que se necesita es conocer el consumo eléctrico mensual de un artefacto eléctrico, debemos calcular lo siguiente: Consumo eléctrico mensual de un artefacto (Wh) = Potencia de artefacto (W) x Horas de encendido diarias x días del mes x Factor de Consumo 100 Algunos artefactos eléctricos tienen un consumo variable, por ello se define el Factor de Consumo. Por ejemplo, un refrigerador se encuentra enchufado todo el día, sin embargo, el motor se prende y apaga cada cierta cantidad de tiempo, dependiendo de las condiciones de uso, del ambiente en el que se encuentra y de la eficiencia del mismo. En general, para un refrigerador el Factor de Consumo se encuentra entre 30-50, lo que significa que está consumiendo energía eléctrica entre el 30% al 50% del tiempo. Si no se conoce el Factor de Consumo de los artefactos eléctricos, se puede asumir 100. El consumo total mensual se calcula sumando los consumos mensuales de cada artefacto eléctrico. Por ejemplo, calcularemos el consumo eléctrico diario para una oficina que posee los siguientes artefactos: 1 refrigerador, 4 computadores, 1 hervidor, 12 tubos fluorescentes. La oficina trabaja 22 días al mes. 3 No olvidar la siguientes equivalencias: W = 1 kw. También Wh = 1 kwh (ver Tabla 2). 13

15 - Refrigerador: aunque está enchufado todo el día, se ha determinado que el motor funciona un 30% del tiempo (24 horas x 30% = 7,2 horas al día), por lo que su Factor de Consumo es de 30. La Potencia eléctrica del equipo es de 200 W. Consumo mensual refrigerador = 200 W 24 h día Consumo mensual refrigerador = 43,2 kwh días 30 mes 30 = Wh Computador de escritorio: Funciona en promedio 10 horas al día y se asume un Facto de Consumo de 100, debido a que el computador se encuentra encendido las 10 horas completas. La Potencia eléctrica del equipo es de 200 W. Consumo mensual de un computador = 200 W 10 h día días 22 mes 100 = Wh 100 Consumo mensual de computador = 44 kwh Consumo mensual de 4 computadores = 44 kwh x 4 = 176 kwh - Tubos fluorescentes: Funcionan en promedio 10 horas al día y se asume un Factor de Consumo de 100. Cada tubo tiene una Potencia eléctrica de 28 W. Consumo mensual de un tubo = 28 W 10 h día días 22 mes 100 = Wh = 6,16 kwh 100 Consumo mensual de 12 tubos = 6,16 kwh x 12 = 73,92 kwh - Hervidor: Funciona en promedio 15 minutos diarios (0,25 horas) y su Factor de Consumo es de 100. La Potencia eléctrica del hervidor es de W. Consumo mensual del hervidor = W 0,25 h días = Wh = 11 kwh día mes 100 El consumo total mensual corresponde a la suma de los consumos individuales, es decir: Consumo total mensual (kwh) = 43,2 kwh kwh + 73,92 kwh + 11 kwh Consumo total mensual (kwh) = 304, 12 kwh En la página del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables (CIFES), está disponible la Calculadora de Energía Solar, que en su sección solar fotovoltaica cuenta con una herramienta que permite estimar el consumo de energía eléctrica. También se puede usar para evaluar económicamente la instalación de paneles fotovoltaicos. Para utilizar la calculadora se debe ingresar a la siguiente página: 14

16 En el Capítulo 9 se analizará en detalle el uso de la calculadora; en esta sección sólo nos interesa enseñar cómo calcular el consumo eléctrico, para lo cual se debe entrar directamente en el link que dice Quiero calcular mi consumo, el cual desplegará una pestaña como la que se muestra en la Figura 5. Figura 5. Herramienta de cálculo de consumo mensual 4. La calculadora entrega el consumo diario por cada tipo de artefacto y el consumo total mensual, a partir de potencias que se entregan por defecto, información que se puede modificar si se dispone del dato exacto. 4.3 Costo de energía eléctrica El costo de la energía eléctrica se puede obtener de las boletas y facturas de energía eléctrica. Otra forma de obtener el costo en electricidad consiste en multiplicar los kwh consumidos por el precio del kwh. El precio del kwh se encuentra publicado en las páginas web de las empresas distribuidoras (ver Tabla 5). El precio publicado corresponde a la suma del cargo único por uso del sistema troncal (líneas de trasmisión y distribución de la energía eléctrica) y del cargo por energía base. Estos cargos varían de acuerdo al tipo de cliente, región del país y de la comuna. Las tarifas de de energía eléctrica son establecidas de acuerdo con fórmulas de cálculo fijadas cada cuatro años mediante Decretos que establecen las distintas opciones tarifarias a las que puede acceder un usuario final, dependiendo de su tipo de consumo, el cual puede elegir libremente la 4 Fuente: Centro para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables. 15

17 opción tarifaria de su conveniencia, por un plazo mínimo de un año, al cabo del cual puede modificarla o mantenerla. Dichas opciones tarifarias se han estructurado de acuerdo a las diversas formas de consumo de la energía eléctrica (sólo energía; potencia máxima leída o contratada; y potencia leída o contratada horariamente), bajo dos categorías de clientes: en Alta Tensión (AT) y en Baja Tensión (BT). La inclusión en una u otra categoría depende de si el usuario está conectado con su empalme a líneas de voltaje superiores o inferiores a 400 volts. Así, las opciones tarifarias para los clientes en baja tensión son: Tabla 7. Tipos de Tarifas para clientes en Baja Tensión (BT). Tipo de Tarifa Descripción BT1 Medición de energía cuya potencia conectada sea inferior a 10 kw o la demanda sea limitada a 10 kw (residencial). BT2 Medición de energía y contratación de potencia (comercial y alumbrado público). BT3 Medición de energía y medición de demanda máxima. BT4 Medición de energía y alguna de las siguientes modalidades. BT4.1 Contratación de demanda máxima de potencia en horas de punta y de la demanda máxima de potencia. BT4.2 Medición de demanda máxima de potencia en horas de punta y contratación de la demanda máxima de potencia. BT4.3 Medición de demanda máxima de potencia en horas de punta y de la demanda máxima de potencia suministrada. Cada una de estas tarifas tiene su correspondiente paralelo para clientes en Alta Tensión (AT).En resumen, las tarifas que cobran las distribuidoras eléctricas a sus clientes dependen de: - Si el suministro es de Alta o Baja Tensión (AT o BT). - La potencia requerida por el cliente y/o la distribución temporal de sus consumos máximos. - El costo asumido por la compañía distribuidora para llegar hasta las instalaciones del cliente y la forma en que lo hizo (cableado aéreo o subterráneo). Por ejemplo, para un cliente con tarifa BT1 en Concepción, el cargo por uso del sistema troncal es 0,953 $/kwh y el cargo de energía base es 95,732 $/kwh, es decir, el precio total por kwh es $96,685 pesos (Fuente: CGE). Si multiplicamos el precio de 1kWh por el consumo mensual, obtendremos el costo mensual de electricidad. Usando el mismo ejemplo de la oficina de la sección 4.2.2, tendríamos: 16

18 Costo mensual electricidad = Consumo mensual x Costo de 1 kwh Costo mensual electricidad = 304,12 kwh x 96,685 $/kwh Costo mensual electricidad = $ Al finalizar esta sección, el Beneficiario estará preparado para completar la siguiente tabla: Tabla 8. Tabla resumen de consumo y costos de electricidad, a completar por el lector Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Consumo mensual (kwh) Costo mensual (pesos) 4.4 Consumo de agua caliente sanitaria El Agua Caliente Sanitaria, ACS, corresponde al agua potable que es calentada y destinada al consumo sanitario en baños, lavado, cocina u otros usos. El consumo de ACS se divide en el consumo de agua y el consumo de la energía necesaria para calentar el agua Determinación del consumo de agua Para determinar la energía requerida para obtener ACS, primero se debe calcular cuánta agua caliente se utiliza. En la siguiente tabla se presenta una guía para estimar el consumo según el tipo de uso. Tabla 9. Consumo promedio de agua caliente sanitaria, según tipo de consumidor 5. Tipo de Consumo Consumo en Litros por Día (l/día) Base de cálculo Viviendas unifamiliares 40 Por persona Viviendas multifamiliares 30 Por persona Hospitales y clínicas 80 Por cama Centro de salud ambulatorio 60 Por usuario Hoteles (4 estrellas) 100 Por cama Hoteles (3 estrellas) 80 Por cama Hoteles/Hostales (2 estrellas) 60 Por cama Hostales/Pensiones (1 estrella) 50 Por cama Campings 60 Por emplazamiento Residencias (ancianos, estudiantes, etc.) 80 Por cama 5 Fuente: Sistemas Solares Térmicos II (MINENERGIA/GEF/PNUD/CDT, 2010). 17

19 Tipo de Consumo Consumo en Litros por Día (l/día) Base de cálculo Vestuarios/Duchas colectivas 20 Por servicio Escuelas sin ducha 5 Por alumno Escuelas con ducha 30 Por alumno Cuarteles 30 Por persona Fábricas y talleres 20 Por persona Oficinas 5 Por persona Gimnasios 30 a 40 Por usuario Lavanderías 5 a 7 Por kilo de ropa Restaurantes 8 a 15 Por comida Cafeterías 2 Por almuerzo El consumo mensual total de agua se calcula como: Consumo mensual Agua Caliente Sanitaria (litros) = Consumo diario por usuario (litros) x N de usuarios x días de uso mensual Determinación de la energía requerida para calentar agua Una vez conocida la cantidad de agua caliente sanitaria, se debe calcular la energía que se requiere para calentarla: Energía mensual para calentar agua = Consumo mensual de Agua Caliente Sanitaria (litros) x 0, x (T Uso C T Red C ) En la ecuación anterior, el Factor 0, corresponde al Poder Calorífico del agua en kwh litros C Las temperaturas de la red 6 para cada comuna se encuentran en el Anexo 1 de este documento. Por ejemplo, usaremos el caso de una hostal con capacidad de 20 camas, todas ocupadas durante un mes. La temperatura de la red de agua es de 10,2 C, que corresponde a la temperatura media mensual para el mes de Julio en la comuna de Concepción, y la temperatura a la que se utiliza el 7 agua en la ducha es de 37 C. Primero determinamos la demanda de agua caliente sanitaria: Consumo mensual Agua Caliente Sanitaria (litros) = 50 litros/día/cama x 20 camas x 31 días 6 Temperatura de Red se refiere a la temperatura medida en C en que sale el agua potable desde la red de distribución (cañerías). 7 Para el caso del agua caliente utilizada en la ducha, una temperatura de hasta 38 C (3 C más que el cuerpo humano) es suficiente para poder asearse y sentirse cómodo. 18

20 Consumo mensual Agua Caliente Sanitaria (litros) = litros Consumo mensual Agua Caliente Sanitaria (litros) = 31 m 38 En segundo lugar determinamos la energía requerida para calentar el agua caliente: Energía mensual para calentar agua = Consumo mensual de Agua Caliente Sanitaria (litros) x 0, x (T Uso C T Red C) Energía mensual para calentar agua = litros x 0, x (37 C 10,2 C) 4.5 Costo de agua caliente sanitaria Energía mensual para calentar agua = 966,2 kwh El costo del agua caliente sanitaria corresponde a la suma del costo del agua potable y del costo de la energía que se utiliza para calentarla. El costo el agua potable no depende del tipo de fuente de energía que se utilice para calentar el agua, por ello no influye en el cálculo del ahorro en energía. Por esa razón, en esta sección sólo se considerará el costo de la energía requerida para calentar agua. Si se utiliza gas de cañería, el costo de la energía se obtiene directamente de la lectura de las boletas de gas. Por ejemplo, la Figura 6 muestra el extracto de una boleta, en el que aparece el consumo en pesos y los estados del medidor al inicio y término del periodo de medición. Figura 6. Extracto de una boleta de la cuenta de gas. El consumo en metros cúbicos se obtiene de la resta entre la lectura actual y la lectura anterior, es decir, m 3 menos m 3, lo que es igual a 7 m 3 y el costo de esto corresponde a $3.682 pesos. Es recomendable recopilar boletas o facturas de gas por un periodo de un año, para conocer cuál o cuáles son los meses de mayor y menor consumo. En el caso de que el gas se utilice además para otros usos o se utilice otro combustible para calentar agua, el costo en energía se determina de acuerdo al procedimiento descrito en el Anexo metro cúbico (m 3 ) corresponde a litros de agua. 19

21 Luego de determinar el consumo de agua caliente sanitaria y la energía requerida para calentar el agua, el Beneficiario puede completar la siguiente tabla resumen. Tabla 10. Tabla resumen consumo de agua potable y energía para obtener agua caliente sanitaria, a completar por el lector. Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Consumo mensual de agua caliente (litros) Energía requerida para calentar agua (kwh) Costo mensual en combustible (pesos) Tipo de combustible 4.6 Consumo de energía para calefacción En esta sección el Beneficiario podrá determinar la energía que requiere para la calefacción de un ambiente (oficina, casa, cabañas, etc.). La energía requerida para calefacción depende de factores como: - Tamaño del ambiente a calefaccionar. - Nivel de aislación de la edificación. - Eficiencia del sistema de generación de calor. - Zona climática en la que se ubica el espacio a calefaccionar. - Temperatura de confort de los usuarios. El consumo de energía para calefacción se puede determinar directamente de las cuentas de los consumo de gas natural o electricidad, o bien, a partir de la cantidad de gas licuado, leña o parafina comprada mensualmente, según sea el tipo de combustible utilizado para calefacción. A partir de la cantidad de combustible utilizado, se puede determinar la cantidad de energía que se requiere para calefacción: Energía para calefacción mensual (kwh) = Poder calorífico combustible x consumo de combustible mensual x rendimiento calefactor Los rendimientos para diferentes sistemas de calefacción se presentan en la siguiente tabla: 20

22 Tabla 11. Rendimiento promedio de equipos para calefacción por combustión directa. Equipo Rendimiento Estufa a gas abierta (mitad con termostato, mitad sin termostato) 0,9 Estufa a gas con chimenea 0,67 Chimenea a leña sin termostato 0,13 Cocina a leña sin termostato 0,43 Calefactor a leña convencional sin termostato 0,64 Salamandra a leña sin termostato 0,34 Estufa a pellets 0,89 Estufa a parafina (mitad con termostato, mitad sin termostato) 0,9 Estufa eléctrica (mitad con termostato, mitad sin termostato) 0,95 De la Tabla anterior podemos notar las importantes diferencias entre los rendimientos de distintos tipos de equipos para calefacción. El rendimiento del equipo de calefacción debería ser un factor clave a la hora de seleccionar el tipo de equipo que se comprará y utilizará, ya que el rendimiento influye en la cantidad de combustible que deberé comprar para obtener el calor que necesito. Los poderes caloríficos para algunos combustibles se presentan en la Tabla 12: Tabla 12. Poderes caloríficos de combustibles comunes 9. Combustible Poder calorífico Gas licuado 14,036 kwh/kg Parafina 12,876 kwh/litro Gas natural 10 6,11-10,82 kwh/m 3 Leña 4,18 kwh/kg Por ejemplo, si mensualmente una casa consume 25 litros de parafina en calefacción, la energía consumida al mes es: Energía calefacción mensual (kwh) = 9,83 kwh/litros x 25 litros x 0,9 Energía calefacción mensual (kwh) = 221,2 kwh 4.7 Costo de calefacción En esta sección se determinará el costo de energía en calefacción, el cual se puede determina multiplicando el consumo de combustible mensual por el precio del combustible. Costo mensual calefacción (pesos) = Consumo mensual combustible x precio combustible 9 Se utilizaron los Poderes Caloríficos del Balance Energético 2013, disponible en el Ministerio de Energía ( 10 Corresponden a las dos líneas comercializadas por Gas Sur en la Región del Biobío: KCal/m 3 y KCal/m 3. 21

23 En la siguiente tabla se presentan precios referenciales para algunos combustibles comunes utilizados en calefacción. Tabla 13. Precios referenciales para diferentes combustibles utilizados en calefacción. Combustible Precio Gas licuado pesos/kg Parafina pesos /litro Gas natural pesos/m 3 Leña pesos/kg Para el ejemplo anterior, el costo de combustible sería: Costo mensual calefacción (pesos) = 25 litros x 700 $/litros Costo mensual calefacción (pesos) = $ Con la información entregada en esta sección el lector podrá completar la siguiente tabla: Tabla 14. Tabla resumen de costo en calefacción. Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Combustible utilizado Consumo combustible Energía (kwh/mes) Costo (pesos/mes) 11 Precio referencial. 12 Fuente: Comisión Nacional de Energía. 13 Precio lista para consumo hasta 50 m 3 al mes. Estos varían dependiendo del nivel de consumo y de la tarifa contratada. El valor real se obtiene de la boleta de gas. Fuente: Gas Sur S.A. 14 Precio referencial. 22

24 5 Análisis de eficiencia energética Antes de pensar en invertir en un proyecto de autoabastecimiento en ERNC, el dueño de una MIPYME debe analizar que tan eficiente es su empresa en la utilización de energía, identificando acciones e inversiones menores, que pueden concretarse en el corto plazo, tendientes a: - Reducir el consumo energético, sin disminuir la calidad de los bienes y/o servicios que provee la empresa, y sin disminuir el confort de los trabajadores de la empresa. - Mantener o reducir el consumo energético, aumentando la capacidad de producción y/o confort de los trabajadores de la empresa. Lo anterior se conoce como Eficiencia Energética, que se define como el conjunto de acciones que permiten optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Por eso, ser eficientes con el uso de la energía significa hacer más con menos. El reducir el consumo de energía térmica y/o eléctrica implica que la inversión necesaria para la instalación de un proyecto de Energía Renovable sea menor, debido a que las necesidades energéticas se han reducido. La Agencia Chilena de Eficiencia Energética (AChEE) es una fundación de derecho privado, sin fines de lucro, dedicada a promover, fortalecer y consolidar el uso eficiente de la energía articulando a los actores relevantes, a nivel nacional e internacional, e implementando iniciativas público privadas en los distintos sectores de consumo energético, contribuyendo al desarrollo competitivo y sustentable del país. En su página web, es posible encontrar diverso material técnico y guías que entregan información y consejos sobre cómo incorporar la Eficiencia Energética en nuestras actividades productivas 15. A modo de ejemplo indicamos algunos consejos y medidas de eficiencia energética que pueden ser llevadas a cabo en una MIPYME. a) Consejos prácticos para el uso eficiente de la electricidad - Cambiar las ampolletas incandescentes, tubos fluorescentes y luces halógenas, por unos de alta eficiencia. - Instalar sensores de movimiento en luces de exterior. - Apagar las luces al salir de una habitación o cuando no se esté utilizando. - Desenchufar los artefactos eléctricos en desuso. - Iluminar directamente las áreas de trabajo, como escritorios, de modo de aprovechar de una mejor forma la energía. 15 Las Guías y herramientas de cálculo se encuentran disponibles en el siguiente link: 23

25 - Configurar la pantalla de los computadores en modo ahorro de energía, o apagarla cada vez que se abandone el escritorio por unos minutos. - Utilizar termos para conservar agua caliente, de modo de no tener que encender tan seguido el hervidor eléctrico. - Cambiar los refrigeradores y congeladores antiguos si tienen más de 10 años de uso, debido a que éstos consumen aproximadamente el doble que los equipos nuevos. - Revisar el estado de las gomas de las puertas de refrigeradores. - Aprovechar la luz natural al máximo. b) Consejos prácticos para el uso eficiente de la energía para generar agua caliente sanitaria - Cuando se utilice calefón a gas, apagar la llama del piloto cuando no se esté utilizando. - Regular la temperatura del agua desde el calentador de agua (calefón, termo eléctrico o caldera) y no agregando agua fría en la ducha, ya que se pierde energía. - Si se cuenta con un calentador de agua con termostato, ajustar la temperatura alrededor de 46 C. - Realizar mantenciones de los calentadores de agua, para aprovechar mejor la energía. - Instalar el calentador de agua cerca del lugar de consumo así se disminuye las pérdidas de energía en el trayecto. c) Consejos prácticos para el uso eficiente de la energía en calefacción - Elegir la estufa o calefactor de un tamaño acorde con el lugar que se va a calefaccionar. - Verificar el estado y la correcta instalación de la aislación del techo, ya que es por ahí donde se pierde gran parte de la energía. - Verificar el estado y la correcta instalación de los sellos de puertas y ventanas, para evitar pérdidas de calor. - Si se cuenta con sistema de calefacción con termostato, no prender y apagar éste a cada rato, porque de este modo se gasta más energía. - Si es posible, cambiar las ventanas con vidrio convencional por termopaneles, para disminuir las pérdidas de calor por los vidrios. A la hora de implementar las medidas de eficiencia energética, se debe contar con el compromiso de la administración de la empresa y de cada uno de los trabajadores. Una vez que se identifique las medidas que pueden llevarse a cabo en la MIPYME, el Beneficiario puede completar la siguiente tabla resumen: 24

26 Tabla 15. Tabla resumen análisis eficiencia energética. Energía a ahorrar Medida a tomar Tiempo implementación Estimación de ahorro mensual en pesos Un ejemplo de cálculo se presenta en el Anexo 3. 25

27 6 Las Energías Renovables No Convencionales Las fuentes de energías renovables se caracterizan porque en sus procesos de transformación y aprovechamiento en energía útil no se consumen ni se agotan en la escala de tiempo humana, además, generan impactos ambientales significativamente menores comparados a los impactos generados por tecnologías basadas en otras fuentes fósiles, sobre todo los impactos relacionados con emisiones contaminantes a la atmósfera y los efectos sobre el Cambio Climático derivados de ello. En Chile se reconocen como Energías Renovables No Convencionales, ERNC, a las energías eólica, solar, marina, geotérmica, pequeña hidráulica (menores a 20 MW) y bioenergía. Los beneficios que conlleva el abastecimiento, parcial o total, de energía a partir de fuentes renovables no convencionales en la pequeña y mediana empresa son: - Reducción en los costos de producción debido a la disminución en el consumo de combustible fósiles y/o a la disminución del consumo de electricidad desde el sistema eléctrico. En algunos casos también se logran menores costos de operación (biomasa). - El costo de la energía se independiza de la variabilidad del precio de los combustibles fósiles y del precio de la electricidad en el mercado. - Aumento de la seguridad energética, debido a la disminución de la dependencia en el suministro energético externo. - Reducción de los impactos ambientales locales (huella de carbono y emisiones contaminantes locales). - Mejora en la gestión energética y ambiental. - Valorización de residuos en el caso que éstos se utilicen para generar energía A continuación se presenta una breve descripción de cada uno de los tipos de ERNC. 6.1 Pequeña hidráulica La energía hidráulica corresponde a la energía obtenida a partir de flujos superficiales de agua. Las tecnologías de utilización se basan en la canalización de agua en centrales hidroeléctricas, para operar turbinas hidráulicas, las que a su vez alimentan a generadores para producir electricidad. Existen dos tipos de centrales hidroeléctricas, éstas son: centrales de pasada, las cuales aprovechan la energía cinética del agua; y centrales de embalse, que almacenan agua y cuya energía primaria es la potencial (diferencia de altura). La Ley considera como renovable no convencional a una central hidroeléctrica cuya potencia instalada sea menor a 20 MW y se denomina pequeña hidráulica. 26

28 La ventaja de este tipo de energía es que las tecnologías para su utilización son ampliamente conocidas, no requieren grandes espacios, tienen bajo costo de mantención y operación y generan bajo impacto ambiental en comparación con grandes centrales de embalse. Entre las desventajas se tiene la variabilidad del recurso hídrico durante el año y el requerimiento de la tramitación para la obtención de los derechos de agua. 6.2 Energía Geotérmica La energía geotérmica corresponde a la energía, en forma de calor, contenida en el interior de la tierra, la cual puede ser utilizada para generar energía eléctrica y/o térmica. Esta fuente de energía se presenta principalmente en zonas de alta actividad volcánica y fallas geológicas, sin embargo existen tecnologías que pueden utilizar la temperatura de la tierra sin necesidad de realizar grandes perforaciones. Las tecnologías para su aprovechamiento se pueden clasificar según la temperatura de la fuente en: - Geotermia de alta entalpía: Utilizan fuentes de vapor de alta temperatura (sobre 200 C) para mover directamente una turbina y generar electricidad. - Geotermia de media entalpía: Utilizan temperaturas entre 150 y 200 C, para aplicaciones térmicas o generar electricidad. - Geotermia de baja entalpía: Son aplicaciones térmicas que aprovechan fuentes de agua de baja temperatura o el calor del subsuelo (temperatura menor a 150 C). Este tipo de energía geotérmica tiene aplicaciones de menor escala y que actualmente se utilizan en Chile. Las ventajas de este tipo de energía son su estabilidad a lo largo del año (no tiene variabilidad en las temperaturas), tiene una alta disponibilidad, las tecnologías para su aprovechamiento se encuentran maduras y no se requiere de mucho espacio para su instalación. Sin embargo tiene la desventaja de un alto costo de inversión e incertidumbre por la perforación requerida para la explotación del recurso, para los casos de Geotermia de alta entalpía. 6.3 Energía Marina Es la energía contenida en el mar, ya sea cinética, potencial o química. Las tecnologías de aprovechamiento se clasifican, de acuerdo al tipo de energía, en: - Undimotriz: Consisten en sistemas que aprovechan el movimiento oscilatorio de las olas, absorbiendo tanto su energía cinética como potencial. Estos pueden ser dispositivos flotantes horizontales o verticales, que aprovechan la amplitud de las olas. Además, existen dispositivos fijos en la línea de costa, que aprovechan la presión ejercida por la rompiente o la oscilación vertical de la columna de agua. - Mareomotriz: Aprovecha el movimiento natural de ascenso (pleamar) o descenso (bajamar) de las aguas. Las principales fuentes de generación mareomotriz son aquellas ubicadas mar adentro y las ubicadas en estuarios. Las tecnologías de energía mareomotriz 27

29 se clasifican principalmente en centrales de barrera, flujos de mareas y tecnología de flujo estuarial. - Corrientes oceánicas: Estas tecnologías aprovechan la energía hidrocinética producida por las grandes corrientes oceánicas. Las ventajas de la energía marina es que está presente en las costas de todo el mundo, se presenta en diversas formas utilizables y las tecnologías para su utilización son escalables. Sin embargo, éstas tienen asociado alto costo de inversión y no están maduras tecnológicamente hablando, ya que no se cuenta con aplicaciones comerciales de pequeña escala que se puedan adquirir para su aprovechamiento. Además, la disponibilidad del recurso es variable y se compite por espacio con múltiples usos en línea de costa (pesca, recreación, puertos, etc.). 6.4 Bioenergía La bioenergía es la energía obtenida a partir de la biomasa, que a su vez se define como toda materia orgánica, de origen vegetal o animal, o procedente de la transformación de la misma, ya sea en forma natural o artificial. La biomasa puede ser utilizada para producir energía térmica, electricidad o biocombustibles (sólidos, líquidos o gaseosos) y se clasifica en: - Biomasa natural: Es aquella que se encuentra en la naturaleza sin intervención humana. Un ejemplo lo constituyen los desechos naturales de un bosque. - Biomasa residual: Es aquella que proviene de las actividades agrícolas, ganaderas y forestales. Los vertidos biodegradables tales como las aguas residuales urbanas, industriales o purines también se consideran biomasa residual. - Cultivos energéticos: Cultivos realizados con la finalidad de producir biomasa transformable en biocombustible. Entre las ventajas de esta fuente energética podemos decir que es una fuente muy versátil, siendo posible generar electricidad, calor o ambos (cogeneración) a partir de diversos procesos físico químicos. Tiene factores de planta similares al de los de un combustible fósil (superior al 80% de funcionamiento). Sus costos de operación son menores que el de las tecnologías fósiles tradicionales. La desventaja pasa por depender mucho de la disponibilidad de la biomasa, la cual no siempre está disponible en un mismo lugar, cantidad y/o calidad, debido a dispersión de las fuentes. 6.5 Energía Eólica La energía eólica se produce por la transformación de la energía cinética contenida en el viento en energía utilizable. Debido a que el viento se produce por las diferencias de temperaturas entre las masas de aire en la atmósfera, la que es calentada por el sol, se considera a la energía eólica como una forma indirecta de energía solar. 28

30 Las tecnologías para la utilización de la energía eólica consisten básicamente en turbinas cuyas aspas se mueven producto del viento. Este movimiento (energía mecánica) puede convertirse en energía eléctrica por medio de un generador, o bien, ser utilizado directamente para movimientos mecánicos, como por ejemplo un sistema de bombeo. La ventaja de la energía eólica es que su utilización no genera emisiones a la atmósfera, es compatible con otros usos de suelo, como la agricultura y la ganadería. Entre las desventajas se puede mencionar la generación de ruido por las turbinas eólicas y el impacto visual, alterando el paisaje. 6.6 Energía Solar La energía solar corresponde a la energía recibida en la tierra proveniente del sol. La energía recibida en la superficie de la tierra recibe el nombre de irradiancia, y varía según la hora del día, la inclinación de los rayos del sol y la cobertura de las nubes. La radiación global recibida en una superficie es la suma de las componentes directa y difusa. La radiación directa proviene del disco solar, mientras que la difusa se origina de la dispersión de la radiación de la atmósfera y proviene de todo el cielo, excepto del disco solar. La energía solar puede ser utilizada directamente para generar electricidad (sistemas fotovoltaicos), o bien, para generar calor (colectores solares térmicos). Además, es posible generar indirectamente energía eléctrica, mediante sistemas de concentración solar de potencia. Esta energía es la más abundante y está disponible en toda la superficie de la tierra. Su desventaja radica en que se encuentra disponible sólo durante las horas del día y su intensidad es variable según la estación del año, hora del día, latitud, longitud. En los últimos dos años, los costos de las tecnologías de Energía Solar han experimentado significativas reducciones, junto con hacerse más conocidas y accesibles en términos técnicos. 29