Métodos cartográficos aplicables a la planeación de electrificación rural con energías renovables

Transcripción

1 Experiencias y Perspectivas Internacionales de la Electrificación Rural Fotovoltaica Métodos cartográficos aplicables a la planeación de electrificación rural con energías renovables Gerencia de Energías no Convencionales

2 Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables (SIGER) Nace en 1997 Está basado en la plataforma ESRI Cumple con los estándares INEGI e internacionales Para todas las fuentes de energía Mapas de recursos Capas de apoyo Consultable a través de la Internet

3 Motivaciones Las localidades que faltan por electrificar se encuentran algo distantes de las líneas eléctricas. Son de pocos habitantes, lo cual implicaría bajos consumos. La extensión de red eléctrica convencional es costosa. La ampliación de red requiere de caminos donde puedan transitar vehículos, en algunos casos solamente existen veredas. Una alternativa de suministro eléctrico es mediante el aprovechamiento de la energía solar con sistemas fotovoltaicos. Otra alternativa es aprovechando la energía del viento mediante pequeños aerogeneradores. La determinación de la mejor alternativa se hace normalmente a partir del menor costo de suministro eléctrico. La estimación de tales costos requiere del conocimiento de los recursos energéticos, los consumos eléctricos y la complejidad del terreno, entre otros elementos.

4 Bases del desarrollo Se cuenta con un SIG Se cuenta con capas básicas para los análisis (topografía, uso de suelo, localidades, carreteras, etc) Se cuenta con la capacidad de elaborar mapas de recursos Se cuenta con un grupo de especialistas en diversas áreas (técnicas y económicas) etc

5 Capacidad adquirida Métodos para determinar el costo de suministro eléctrico con energía eólica, solar y extensión de red Aplicable a localidades y a zonas no pobladas Útil para otras fuentes de energía

6 Método (1) Determinación del área de estudio. Selección de todas las localidades y sus atributos del área de estudio. Determinación de las localidades electrificadas. Determinación de las localidades no electrificadas. Determinación del consumo eléctrico por vivienda. Obtención de la topografía.

7 Método (2) Determinación de la complejidad del terreno. Determinación de la distancia de cada punto de la región de estudio a la localidad electrificada más cercana. Determinación de la distancia de cada localidad no electrificada a su más próxima electrificada. Obtención de los mapa de irradiación solar global y de densidad de potencia del viento Determinación del costo nivelado de suministro eléctrico con sistemas fotovoltaicos y con pequeños aerogeneradores, para cada localidad no electrificada.

8 Método (3) Determinación del costo nivelado de suministro eléctrico con red para cada localidad no electrificada. Determinación del costo nivelado de suministro eléctrico mediante extensión de red con cinco escenarios de consumo para todos los puntos no habitados. Determinación del costo nivelado de suministro eléctrico mediante sistemas fotovoltaicos y pequeños aerogeneradores con cinco escenarios de consumo para todos los puntos no habitados. Elaboración de mapas para todos los casos, haciendo las comparaciones respectivas.

9 Ejemplo 1 Caso Veracruz Fotovoltaico-Red 2005

10 Grado de electrificación Existen 20,578 localidades 8,618 cuentan con una o dos viviendas, pero no se tiene el dato de electrificación 11,960 cuentan con información completa 10,809 reportan al menos una vivienda electrificada 1,151 reportan cero viviendas electrificadas

11 Localidades Localidades electrificadas Localidades no electrificadas

12 Ejemplo de consumo en una vivienda rural Equipo Unidades Potencia (W) Horas Consumo (kwh/día) Lámparas incandescentes Televisor Radio Refrigerador Para el análisis se tomaron 2.5 hwh/día

13 Complejidad del terreno mayores a 0 y menores de 10, factor1 entre 10 y20, factor 1.3 entre 20 y30, factor 1.6 mayores a 30, factorde2

14 Mapa de irradiación solar global Calculado con el modelo RADIAC a partir de días nublados, medio nublados y despejados, obtenidos de las estaciones del Servicio Meteorológico Nacional

15 Costo nivelado (1) CNS I n t 1 ( OM t CS n t t 1 RC EAU t t )(1 r) (1 r) t t VR(1 r) n 0.06 donde: CNS es el costo nivelado de suministro eléctrico I es el costo de inversión (incluyendo posibles intereses durante la construcción). OM t son los costos de operación y mantenimiento durante el año t. CS t son los costos sociales durante el año t (considerados 0 para este caso). RC t es el costo de mantenimiento mayor durante el año t. r es la tasa de descuento. VR es el valor de rescate después de n años. EAU t es la energía eléctrica utilizada en el año t. n es el período de vida útil en años. t es el número de años.

16 Costo nivelado (2) Para este caso se consideraron los siguientes valores: Inversión, 14,500 USD/km de extensión de red Mantenimiento de la red de distribución, 5 % de la inversión Tasa de descuento, 7 % Período de vida útil, 25 años Valor de rescate, 30 % Costo de la energía entregada, 0.06 USD/kWh.

17 Función obtenida para la operación de mapas (red) CNS RED L C 5 donde: CNS RED es el costo nivelado de suministro eléctrico con red convencional en USD /kwh. L es la longitud de la extensión de la red en kilómetros. C el consumo del núcleo de población en kwh/día.

18 Función obtenida para la operación de mapas (fotovoltaico) donde: CNG SOL I G CNG SOL es el costo nivelado de suministro eléctrico con sistemas fotovoltaicos en USD /kwh. I G es la irradiación solar. Consideraciones: Inversión de 12,000 USD/kW instalado. Operación y mantenimiento, 0.6 USD /kwh. Vida útil, 25 años. Tasa de descuento, 7 %. Valor de rescate, cero.

19 Modelo cartográfico Topografía Comunidades RADIAC Slope Select Raster Calculator Pendiente Comunidades con electricidad Comunidades sin electricidad Irradiación Reclassify Clases de pendiente Cost Weighted Calculate Values Raster Calculator Costo nivelado solar Distancia pesada a la comunidad más cercana Zonal Statistics Comunidades sin electricidad Comunidades sin electricidad Zonal Statistics Distancia Consumo eléctrico Costo nivelado solar para comunidades no electrificadas Raster Calculador con 5 escenarios de consumo 5 mapas de costos nivelados de suministro eléctrico con red Costo nivelado con red para comunidades no electrificadas Costo nivelado solar Raster Calculator Raster Calculator Localidades con los costos más bajos tanto con red como con solar Mapas con las regiones de menores costos de suministro eléctrico

20 Resultados (1) Costo nivelado para sistemas fotovoltaicos

21 Resultados (2) Costo nivelado para sistemas fotovoltaicos para las comunidades no electrificadas

22 Resultados (3) Zonas con la tecnología más barata para un escenario de consumo de 5 kwh/día

23 Resultados (4) Zonas con la tecnología más barata para un escenario de consumo de 12.5 kwh/día

27 Resultados (8) Sup. Tecnología Consumo en kwh/día Área (%) Área (%) Solar Red

28 Resultados (9) Cerca de la mitad de las comunidades sin servicio eléctrico podrían electrificarse con sistemas fotovoltaicos a un costo menor que extendiendo la red eléctrica convencional. En el caso de los escenarios de consumo, se puede notar claramente que la opción fotovoltaica es mejor cuando los consumos son menores de 25 kwh/día.

29 Ejemplo 2 Caso Oaxaca Fotovoltaico-Eólico-Red 2002

30 El estado de Oaxaca México cuenta con más de 100 millones de habitantes. 25 % se encuentran en zonas rurales 74,068 localidades sin electricidad en México (CFE 2003, todas rurales) 1,453 localidades sin electricidad en Oaxaca (SNIM 2000, todas menores de 100 habitantes)

31 Mapas Disponibles Límites (MGM 2000) Topografía (GEMA, 1:250000) Recurso solar (UV, puntos) Comunidades (SNIM) Recurso eólico (a 50 m NREL)

32 Funciones para sistemas eólicos FPE P 1 Funciones propuestas para calcular el costo de suministro eléctrico con sistemas eólicos CGE FPE FPE es el factor de planta eólico P1 es la densidad de potencia CGE es el costo nivelado de generación eléctrica

33 Topo_rec Slope Topo_inc Reclassify Topo_inc_3 Cost Weighted Cost_dis El Modelo Cartográfico Comuni_con Zonal Statistics Comuni_rec Select Join Comuni_dis Add XY data Comuni_cerca Comuni_sin Comuni_sin Calculate Values IG_rec_pto Interpolate to raster IG_rec Raster Calculator FP_solar Raster Calculator CG_solar Zonal Statistics CG_solar_st Comuni_sin Viento Raster calculator FP_viento Raster Calculator CG_viento Zonal Statistics CG_viento_st Cuenta con cuatro entradas principales que son: Mapa topográfico Mapa de comunidades Mapa solar Mapa eólico Raster Calculator CG_red 5, 12.5, 25, 50, 125 Raster Calculator Cost_dis_st Join Consumo_cost_dis Calculate Values CG_solar CG_red_tb Raster Calculator Consumo_elec CG_viento Raster Calculator CG_red_min CG_solar_min CG_viento_min Join Join CG_solar_tb CG_viento_tb Join CG_solar_viento_tb Join En el proceso se integra: Consumos eléctricos para 5 escenarios Funciones para estimar costos de suministro eléctrico con red, fotovoltaico y eólico CG_red_solar_viento_edo CG_red_solar_viento_com

34 Resultados (1) Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 5 kwh/día Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 12.5 kwh/día Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 25 kwh/día

35 Resultados (2) Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 50 kwh/día Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 125 kwh/día Comunidades de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica

36 Resultados (3) Tecnología Consumo eléctrico 5 kwh 12.5 kwh 25 kwh 50 kwh 125 kwh Porcentaje de área Red Solar Viento

37 Resultados (4) Tecnología Número de comunidades Porcentaje Red Solar Viento

38 GRACIAS