PRIMER SIMPOSIO INTERNACIONAL Energía y Frontera Tecnológica en el Sector Rural IPSE, Colombia, 2005

Transcripción

1 PRIMER SIMPOSIO INTERNACIONAL Energía y Frontera Tecnológica en el Sector Rural IPSE, Colombia, 2005 APLICACIÓN DE SISTEMAS HÍBRIDOS EN ZONAS AISLADAS M.Sc. Julio R. Sánchez Lahmeyer International / Renewable Energy Department Friedberger Landstraße 173, D Bad Vilbel, ermany Phone: / Fax: julio.sanchez@lahmeyer.de Medellín, Resumen Los sistemas híbridos Eólicos-Diesel en zonas aisladas son técnica y económicamente factibles bajo objetivos y características de implementación específicas. Por esto su viabilidad debe ser estudiada a través de una adecuada evaluación del recurso eólico y la definición clara de las necesidades específicas de la región objetivo. Dos casos estudio que hacen parte de la experiencia de la firma Lahmeyer International fueron tomados como base para ilustrar el efecto de las condiciones técnico-económicas en la factibilidad para la implementación de proyectos híbridos Eólicos-Diesel. Antecedentes En el marco del Primer Simposio Internacional Energía y Frontera Tecnológica en el Sector Rural, la firma consultora alemana Lahmeyer Internationa MBH, fue invitada por el IPSE para hacer una presentación en el tema Aplicación de Sistemas Híbridos en Zonas Aisladas. Sistemas Eólico-Diesel en eneral Los sistemas Eólico-Diesel están básicamente compuestos de: rupo Electrógeno Red Aislada Aerogeneradores Unidad de Almacenamiento de Energía En términos generales los sistemas híbridos Eólicos-Diesel aplican cuando los usuarios de una red aislada buscan disminuir la facturación de energía eléctrica generada por un grupo electrógeno o cuando se hace necesario maximizar la reducción de emisiones debido a restricciones ambientales. En el primer caso el costo del combustible fósil y su respectivo transporte tienen el mayor impacto en los costos de operación. Las características que permiten la implementación de proyectos híbridos Eólicos-Diesel se pueden dividir, para una primera aproximación, en técnicas e institucionales como se describe a continuación.

2 Características Técnicas: Rangos de capacidad entre 1 y 10 kw Existencia de condiciones de viento favorables en el sitio de aplicación Suministro a usuarios a través de una red eléctrica que está aislada del Sistema Interconectado Nacional Alto costo del combustible fósil y su transporte al sitio Regulación ambiental es restrictiva Características Institucionales: El gobierno no objeta o apoya el desarrollo de generación de energía eléctrica por medio de energías renovables Existen posibilidades de financiamiento a nivel nacional o internacional El marco legal del sector eléctrico permite un contrato de compra de energía eléctrica con la comunidad Presencia de capacidad técnica en la zona que logre la participación de personal local en la operación y mantenimiento del sistema El proyecto se puede crear y supervisar con contribución local La Figura 1 muestra la configuración básica de un sistema Eólico-Diesel integrado a la red aislada. Sistema lobal de Monitoreo y Control Turbinas Eólicas Convertidor de Baterías... Control de Carga rupo Electrógeno M Compensador sincrónico... Banco de condensador Estudio de Caso Malí Red Aislada, 11 kv, 50 Hz Figura 1 Concepto Técnico de un Sistema Eólico-Diesel Lahmeyer International desarrolló un estudio de factibilidad para un sistema híbrido Eólico-Diesel en ao (Malí) para la TZ (Cooperación Técnica Alemana) y la DNE (Dirección Nacional de Energía de Malí). ao se encuentra al sur del Desierto del Sahara a 1,200 km noreste de Bamako, la capital de Malí. ao cuenta con aproximadamente 40,000 habitantes y una baja demanda industrial.

3 La zona es atendida por una red aislada existente que es alimentada por un grupo electrógeno de 4MW. El principal objeto del proyecto es la instalación de 3 aerogeneradores de 300 kw cada uno que ahorrarían los costos del combustible fósil y su transporte al sitio a través de una distancia de mas de 2,500 km. El análisis de potencial eólico a lo largo de 4 años de registros arroja una velocidad del viento promedio de 5 m/s a 40 m.s.n.m. (ver Figura 2) y representa condiciones de viento no favorables para el desarrollo de un proyecto eólico. W N E Data Distribution Weibull Distribution (2.66, 5.6) S Wind speed (m/s) Figura 2 Rosa de los vientos y distribución Weibull para ao Bajo estas condiciones de viento se analizó la fracción de energía a ser aportada por diferentes configuraciones del parque eólico (ver Figura 3). La opción de 3 aerogeneradores para una producción de energía anual eólica de 1 Wh y penetración del 12% de la demanda total se define como la mas apropiada para las condiciones económicas del proyecto. Excess Energy over number of WT (E-30) Part of the total windenergy production 7,00% 6,00% 5,00% 4,00% 3,00% 2,00% 1,00% 0,00% Number of wind turbines (E-30) Figura 3 Fracción de Energía Eólica en el sistema Eólico-Diesel por Número de Turbinas

4 La configuración de planta final para el proyecto se define como sigue: rupo Electrógeno Capacidad instalada: 4 MW Carga Pico: 1.8 MW Demanda: 9 Wh/a Red Eléctrica Red de media tensión (15 kv) Distancia: 10 km Parque Eólico Aerogeneradores: 3 x 300 kw Producción de energía: 1 Wh/a Emisiones de CO 2 evitadas: 880 t/a La implementación del proyecto en esta configuración aumenta los costos de capital, pero genera menores costos variables de operación y menores costos de combustible según se observa en la Figura EUR/MWh Capital Cost Fuel Variable Operation Cost Fixed Operation Cost Extern Cost without project with project Figura 4 Comparación de Estructuras de Costos con/sin componente Eólico El análisis del costo de producción de electricidad en relación al costo del combustible para cada uno de los componentes del proyecto muestra un punto de equilibrio para aproximadamente un precio 32 USD por barril y un comportamiento constante de la producción de energía eólica (Ver Figura 5). Dependiendo del precio del petróleo el proyecto permite una reducción de la dependencia de combustibles importados.

5 Power eneration Prices Electricity price [Euro/MWh] 220,0 210,0 200,0 190,0 180,0 170,0 160,0 150, Petrol price [$/Barrel] Diesel Windpower Figura 5 Precios de eneración de Energía Eléctrica Estudio de Caso Sudán Lahmeyer International fue contratada por la Corporación Eléctrica Nacional de Sudán para evaluar la factibilidad de la implementación de un sistema Eólico-Diesel en Darfor del Sur, Sudán. Para determinar la factibilidad de dicho proyecto se identificaron inicialmente los sitios potenciales, se instalaron las estaciones de medición de recurso eólico, se llevó a cabo la campaña de medición y se evaluó el recurso eólico. La campaña de medición realizada a través de cuatro estaciones de medición instaladas cerca de Nyala en el sur de Darfor, arrojaron una velocidad promedio del viento de 6.6 m/s a una altura de 10 m.s.n.m., que evidencia condiciones muy favorables de viento en el área (ver Figura 6) Wind Speed in m/s Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month Figura 6 Resultado de la Campaña de medición en Nyala El análisis de producción de energía se realizó para un parque eólico de 1.8 MW con turbinas de baja capacidad. La producción anual de energía para estas condiciones de viento es de 5,200 MWh.

6 La Tabla 1 muestra los indicadores económicos del proyecto de acuerdo a la configuración seleccionada. Tabla 1 Indicadores Económicos Estudio de Caso Sudán Inversión Incial Total Parque Eólico Producción de Ene rgía MW WP MWh/a Costo de eneración Eólica /MWh < 80 Costo de eneración Diesel /MWh > 200 Ahorro Anual de Combustible /a > 770,000 Reducción Anual de CO 2 t CO2 /a Los indicadores económicos del estudio evidencian que la electricidad generada por el parque eólico compite con la que se genera por el grupo electrógeno, sin embargo se debe tener en cuenta la alta inversión inicial que representa el componente eólico y su transporte al sitio. Comparación Como se definió en la primera parte, el objetivo de este ejercicio es verificar la viabilidad de dos proyectos Eólicos-Diesel con diferentes condiciones y objetivos de implementación. La Tabla 2 muestra el resumen de los resultados para los dos estudios. Tabla 2 Resumen de Resultados para los Estudios Malí y Sudán Conclusiones Teniendo en cuenta los resultados se puede concluir lo siguiente:

7 Aún en sitios con bajos regímenes de viento un Sistema Eólico-Diesel puede ser económica - financieramente factible en áreas remotas Es necesario MEDIR la velocidad del viento para aplicaciones de energía eólica con el fin de evaluar la factibilidad de un Proyecto Eólico-Diesel Los sistemas Eólicos-Diesel reducen la factura por combustibles fósiles y sus respectivas emisiones Existe un nicho de mercado interesante y con potencial de crecimiento en Latino América (Centro América y el Caribe)