Evaluación del Potencial Energético de los Recursos Renovables en el Estado de Hidalgo, México

Transcripción

1 Evaluación del Potencial Energético de los Recursos Renovables en el Estado de Hidalgo, México Miranda Miranda Ubaldo, Saldaña Flores Ricardo Gerencia de Energías No Convencionales Instituto de Investigaciones Eléctricas Av. Reforma 113 Col. Palmira, C. P , Cuernavaca, Morelos. México Tel: + 52 (777) ext. 7255, 7254; umiranda@iie.org.mx, rsf@iie.org.mx Resumen A principios de 2006 inició un proyecto para la evaluación del potencial energético de los recursos renovables en el estado de Hidalgo, México, dentro de la Gerencia de Energías no Convencionales del Instituto de Investigaciones Eléctricas con patrocinio del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) y el gobierno del estado de Hidalgo a través del Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Hidalgo (COCyTEH). Este proyecto contempla el mapeo de los potenciales solar, eólico, bioenergético (considerando residuos agrícolas, pecuarios, forestales y municipales) y la identificación de sitios potenciales para la implementación de proyectos minihidráulicos. Para el manejo de los resultados del proyecto se empleará un sistema de información geográfica a través del cual será posible, implementando ciertos modelos cartográficos, realizar estudios de factibilidad técnico económicos para definir posibles áreas de explotación de los potenciales energéticos de los recursos renovables en el estado. En el presente trabajo se presenta el planteamiento general del proyecto y los principales resultados alcanzados.

2 Introducción México cuenta con aproximadamente 2 000,000 de kilómetros cuadrados de superficie y con elevaciones que van desde el nivel del mar hasta poco más de los 5,600 metros. Se encuentra entre los océanos Pacífico y Atlántico y sus litorales superan los 11,000 kilómetros. Estas características geográficas provocan que la distribución de sus recursos naturales sea poco homogénea y por lo tanto existan grandes dificultades para su estudio. En lo concerniente a las energías renovables se están haciendo esfuerzos en distintos frentes, sin embargo todavía no se cuenta con una cartografía del país que sea de utilidad en la toma de decisiones. Preocupados por esta situación y por la necesidad urgente de evitar la emisión de contaminantes atmosféricos, el gobierno del estado de Hidalgo lanzó una convocatoria para la evaluación de los recursos energéticos renovables de ese estado. La Gerencia de Energías no Convencionales del Instituto de Investigaciones Eléctricas aplicó para tal estudio, dando inicio los trabajos en el año Las metas programadas fueron las siguientes: o mapas del recurso eólico para lugares con información anemométrica disponible. o mapas del potencial bioenergético anual a nivel municipal considerando esquilmos agrícolas y estiércoles. o mapa de sitios con potencial microhidráulico. o mapas de irradiancia solar global, directa y difusa a nivel estatal. o mapa de áreas potenciales de aplicación de los recursos energéticos renovables para la generación de energía eléctrica. o cartera de proyectos para el aprovechamiento de los recursos renovables.

3 El estado de Hidalgo se ubica entre las coordenadas geográficas ' latitud norte y 97 58' ' longitud oeste. Tiene una superficie de 23,813 km 2 De acuerdo al censo del año 2005 [1], elaborado por el Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI), el estado de Hidalgo cuenta con 2 345,514 de habitantes distribuidos en 4553 localidades, de las cuales 278 en las que viven personas carecen totalmente de energía eléctrica La figura 1 muestra la localización geográfica del estado de Hidalgo Figura 1. Localización del estado de Hidalgo

4 Metodologías La creación de mapas de energías renovables, requiere fundamentalmente de datos medidos durante varios años. Esto normalmente no existe, sobre todo porque los datos que tradicionalmente se obtienen no cumplen con los requerimientos indispensables: las estaciones se instalan con fines climatológicos. El estado de Hidalgo no es la excepción, por lo que para elaborar la cartografía se tuvo que recurrir a una serie de modelos, algunos de ellos conocidos en el ámbito mundial y otros desarrollados y empleados localmente. Mapa eólico En los cálculos se utilizó el modelo MM5 [2]. Se aplicó la versión no hidrostática en simulaciones en 3D con una configuración en dos dominios centrados en 20.5 lat N y lon E con una resolución de 9 km en 60X60 puntos numéricos (dominio madre) y en 3 km en un segundo dominio de 76x76 puntos. Se utilizaron 23 niveles verticales en coordenadas sigma. El modelo se inicializó con datos de re-análisis de NCAR-NCEP con resolución temporal de 6 hrs en corridas mensuales. Cada corrida fue iniciada a las 18:00 hrs del último día del mes anterior y finalizado a las 06:00 hrs del día inicial del mes siguiente cubriendo los 12 meses del año 2004 con salidas numéricas cada 3 hrs. Mapa Solar Existen diversos mapas del recurso solar de México [3] [4] [5], sin embargo, ninguno cuenta con la resolución adecuada para llevar a cabo un análisis continuo de una región amplia, en este caso del estado de Hidalgo. Con el fin de aminorar un poco estas deficiencias, la GENC-IIE ha implementado el modelo RADIAC [6]. Con este modelo se obtienen los valores de irradiación solar global, directa y difusa en una superficie horizontal a partir de los reportes de días nublados, medio nublados y despejados.

5 El RADIAC proviene de un ajuste al modelo de Glover y McCulloch [7] a las condiciones de México, haciendo depender la radiación solar global de las horas de soleamiento. Q g = 17 + Q e (0.257 cos φ S h /S o ) Donde: Q g es la irradiación global horaria Q e es la irradiación solar extraterrestre media mensual w/m2. S h es el soleamiento diario medio mensual en horas S o es el soleamiento astronómico diario medio mensual en horas. Mapa de bioenergía Residuos agrícolas Se obtuvieron datos de los cultivos sembrados en todos los municipios del estado y la superficie sembrada y volumen de producción. Después se determinó la cantidad de residuos que generan los cultivos una vez cosechados (tabla 1). De un total de 70 cultivos reportados para el estado de Hidalgo, se encontraron datos de producción de residuos para avena, cacahuate, caña de azúcar, cebada, frijol, maíz, papa, sorgo y trigo. La estimación de potencial se hizo únicamente a partir de estos cultivos. El contenido energético empleado en los cálculos fue de 15 GJ/t. Tabla 1. Coeficiente de generación de residuos por cultivo. Cultivo Tipo de residuo Coeficiente de generación de residuos (tms/t prod)* Avena grano Paja 0.30 Cacahuate Cáscara 0.33 Tallos 2.00 Caña de azúcar Hojas 0.17 Bagazo 0.30 Cebada grano Paja 2.30 Frijol Foliar 1.76**

6 Maíz grano Mazorca 0.30 Tallo 1.50 Papa Paja 0.45 Sorgo grano Paja 0.22 Trigo grano Paja 1.33 Fuente: Yuvraj [8], Kartha y Larson [9]. * toneladas de Materia Seca/tonelada producida. ** Este coeficiente está dado en toneladas de materia seca por hectárea sembrada. Residuos pecuarios Las especies consideradas para los cálculos fueron: bovina, porcina, ovina, caprina y aves de corral. De éstas se obtuvieron las cantidades de ganado, y con los índices de producción de excretas y el índice de generación de biogás (tabla 2) se determinó el potencial. Tabla 2. Índices para calcular la energía a partir de residuos pecuarios. Clase de ganado Índice de producción de excretas (kg/animal/año) Índice de generación de biogás (m 3 /kg excretas) Bovino Porcino Ovino Caprino Aves Fuente: Ghilardi [10]. Equivalente en MJ/m 3 de biogás 20 Residuos forestales De acuerdo con el método de Ghilardi [10] (p. 25) se consideraron dos categorías: a) Subproductos de la extracción forestal. b) Subproductos de la industria maderera. Los primeros se generan durante el proceso de extracción de la madera comercial y los segundos corresponden a los desechos que se generan en la industria del aserrío.

7 Para determinar la energía a partir de residuos de la extracción forestal se obtuvo primero el volumen total de la producción forestal maderable y este valor se multiplicó por un coeficiente de generación de residuos, por el peso específico promedio de la madera comercial y por su equivalente energético. La energía a partir de residuos de la industria maderera se obtuvo asignando la parte correspondiente de la extracción forestal destinada a este ramo, la cual corresponde a un 76% (INEGI, 1998 en Ghilardi [10], p. 25). De nuevo el resultado se multiplicó por el coeficiente de generación de residuos y por el peso específico de la madera y su equivalente energético (tabla 3). Tabla 3. Índices para cálculo de energía a partir de residuos forestales. Categoría Índice de generación de residuos Peso específico de la madera comercial Equivalente energético (GJ/t) Residuos de la extracción forestal Residuos del aserrío (industria maderera) Fuente: Ghilardi [10] Residuos municipales Para el cálculo del potencial solamente se obtuvo la cantidad de basura colectada en cada municipio y se le aplicó un factor de rendimiento de biogás. Luego se multiplicó por su equivalente energético. La tabla 4 muestra estos valores. Tabla 4. Índices para el cálculo de energía a partir de residuos municipales. Rendimiento de biogás Equivalente en MJ/m 3 de Producto (m 3 /t) biogás Residuos municipales Fuente: Ghilardi [10]

8 Potencial Microhidráulico El enfoque dado al trabajo, fue el de aprovechar la infraestructura existente de las presas de riego y derivación, que eventualmente podrían equiparse con la infraestructura hidroeléctrica requerida. Para determinar los potenciales se hizo un trabajo de campo recorriendo varias de las presas del estado y posteriormente, con actividades de gabinete, con información de gasto y caída se obtuvieron los potenciales brutos. Resultados A continuación se presentan los mapas de los potenciales eólico, solar y bienergético. En el caso del potencial microhidráulico solamente se obtuvieron tablas de generación con proyectos específicos para los principales sitios seleccionados. Figura 2. Densidad de potencia del viento a 10 m y 50 m.

9 Figura 3. Irradiación solar global Figura 4. Energía de los residuos agrícolas y pecuarios Figura 5. Energía de desechos forestales y basura

10 Figura 6. Ubicación y vista de uno de los nueve sitios visitados para determinar el potencial microhidráulico. Conclusiones El estado de Hidalgo muestra valores muy importantes de potencial solar, también de potencial bioenergético. En cuanto al potencial eólico es necesario llevar a cabo mediciones en las zonas donde se detectan mayores potencias a fin de conocer con más detalle el comportamiento del viento, ya que es sabido que en el estado existen zonas con buen potencial, sin embargo el mapeo a nivel anual no lo detecta. Respecto al potencial microhidráulico, aunque bajo, resulta importante sobretodo por la diversificación de las fuentes de suministro eléctrico, además es necesario un mayor trabajo de campo para determinar el potencial microhidráulico también en los ríos. Referencias [1] INEGI, Marco Geoestadístico Municipal 2005 (abril, 2009), en línea, disponible en [2] MM5, PSU/NCAR mesoscale model (abril, 2009), en línea, disponible en

11 [3] Galindo Estrada, I. y Mauro Valdés Barrón, Atlas de Radiación Solar, Documentos de análisis y prospectiva del Programa Universitario de Energía, UNAM, pp.1-26, 1991 [4] Tejeda-Martínez, A. y O.R. García-Cueto, A comparative simple method for human bioclimatic conditions applied to seasonally hot/warm cities of Mexico. Atmósfera, 15, pp , [5] Hernández, E., Tejeda, A. y S. Reyes, Atlas Solar de la República Mexicana, Colección Textos Universitarios, Universidad Veracruzana, Xalapa, [6] Estrada Cajigal, V., Datos de Radiación Solar en la República Mexicana, Alcances y Limitaciones, La Revista Solar, No. 21, Asociación Nacional de Energía Solar, México, pp , [7] Glover, J. y McCulloch, J.S.G., The empirical relation between solar radiation and hours of sunshine, Q.J.R.M.S., Vol. 84, [8] Yuvraj Dinesh Babu N., Selection, installation and financing of biomass power projects, Publication no. 278, Central Board of Irrigation and Power, New Delhi, [9] Kartha, S. and Larson E. D., Bioenergy primer. Modernized biomass energy for sustainable development. Document prepared for: Energy and Atmosphere Programme, Sustainable Energy and Environment Division, United Nations Development Programme, [10] Ghilardi, A. A.; Riegelhaupt E. y Saldaña F. R., Los recursos bioenergéticos en México en Masera, C. O La bioenergía en México. Un catalizador del desarrollo sustentable. Grupo Mundi-Prensa. México. pp