2. Opciones prometedoras mediano plazo Solar Termal Océano Olas Biomasa (sin elaborar en esta presentación)

Transcripción

1 Electricidad Sostenible: Opciones de Aplicación Inmediata para Puerto Rico Agustín A. Irizarry-Rivera, Ph.D., P.E. Catedrático Departmento de Ingeniería Eléctrica y Computadoras Manejo de la Energía en Puerto Rico Enmarcado en el Cambio Climático y la Economía miércoles 28 de noviembre de 2007 SEDE del CIAPR, San Juan, Puerto Rico Bosquejo 1. Opciones inmediatas Conservación Eólica Solar Fotovoltaica 2. Opciones prometedoras mediano plazo Solar Termal Océano Olas Biomasa (sin elaborar en esta presentación) 1

2 Hacen falta unos 12 kwh para calentar el agua en un tanque de 63 galones de 70 F a 125 F. Esta energía se consume cada día todos los días del año. kwh $/día (22 /kwh) $/año Costo calentador $2.70 $ $1, = Referencias: US Bureau of Census y Generation Displacement, Power Loss and Emissions Reduction due to Solar Thermal Water Heaters, Jennifer Jimenez & Agustin Irizarry Ahorro diario de energia, en kwh, usando calentadores solares % kwh % viviendas habitadas viviendas cambiando calentador electrico a calentador solar 2

3 Ahorro diario, en $, usando calentadores solares $3,000, dolares de los E.E.U.U. $2,500, $2,000, $1,500, $1,000, $500, $ % viviendas cambiando de calentador electrico a calentador solar Ahorro anual, en $, usando calentadores solares $800,000, $469 millones anuales AEE tuvo ventas de $3,709 millones en el 2006 dolares de los E.E.U.U. $700,000, $600,000, $500,000, $400,000, $300,000, $200,000, $100,000, $ % viviendas cambienado de calentador electrico a calentador solar Mercado de 578,677 calentadores solares (~$694 millones) Se necesita una planta de 294 MW para suplir esta energía. 3

4 Beneficios adicionales 1. La reducción en demanda aumenta la confiabilidad del sistema, pues opera menos cargado, y se alarga la vida útil de los dispositivos del sistema. 2. Disminución de perdidas se traduce a ahorro al consumidor a través de ajuste de combustible ($3 - $12 por cliente) 3. Disminuyen las emisiones al ambiente. 4. Es una alternativa que complementa la política de diversificación de combustible: CONSERVACIÓN Generación quemando petróleo Cambalache MW 1997 Palo Seco 602 MW 1960 San Juan 400 MW 1956 Costa Sur 1090 MW 1958 Aguirre 900 MW % de la capacidad instalada Autor: Dr. Agustín Irizarry Referencia: AEE 4

5 Hace falta Palo Seco (602 MW)? lumens Incandescente 60 W 100 W 10 MW 11.7 MVA 520 MW MVA Compacta fluorescente W W 1 (45 W) 1,157,353 = 52 MW 10 (45 W) 1,157,353 = 520 MW considerando pérdidas Referencias: US Bureau of Census y Generation Displacement, Power Loss and Emissions Reduction due to Solar Thermal Water Heaters, Jennifer Jimenez & Agustin Irizarry Autor: Dr. Agustín Irizarry Ahorros y pérdidas Horas de uso al día 3 10 bombillas ahorro de 450 W ahorro kwh al año ($/año) ($108.40) ($ ,157,353) = $ millones Referencias: US Bureau of Census y Generation Displacement, Power Loss and Emissions Reduction due to Solar Thermal Water Heaters, Jennifer Jimenez & Agustin Irizarry Autor: Dr. Agustín Irizarry 5

6 Cuantos legisladores hacen falta para cambiar una bombilla? En California el legislador Lloyd Levine propondrá pasar una ley que logre esto para el "How Many Legislators Does it Take to Change a Lightbulb Act" Si pasa la ley California seria el primer estado de los EU que prohíba el uso de bombillas incandescentes. En Cuba se hizo esto hace dos o tres años. Si comunistas y republicanos pueden tener esto en común, Por que no los puertorriqueños? Las turbinas de vientos (molinos) convierten la energía cinética del viento a energía eléctrica 6

7 si tienes viento. Determination of Favorable Conditions for the Development of a Wind Power Farm in Puerto Rico MS Thesis 2005 Carlos A. Ramos Robles and Agustin Irizarry Rivera Financing via loan Sell price /kwh Sell price /kwh (PTC) Sell price /kwh (Tax free) Private investor Utility (bonds) 6.73 (5.54) 6.48 (5.49) 6.34 (5.44) Puerto Rico s east coast, 10 MW wind farm 7

8 Cómo lucen los molinos pequeños? Skystream 3.7 (1.8 kw) Torre con tensores ( pies) 10 kw Molinos pequeños viento en el Este Skystream 3.7 (1.8 kw) = $5,400 + torre + accesorios Altura de la torre 12.6 m (41 ft) 20 m (~66 ft) 30 m (~98 ft) kwh/mes $/mes 0.22 $/kwh 317 $ $ $97 kwh/año $/año 0.22 $/kwh 3800 $ $ $1164 Valor Presente electricidad 8%, 20 años $8,326 $10,000 $11,562 8

9 Generación Eólica en Puerto Rico Agustín A. Irizarry Rivera, PhD, PE Depto Ingeniería Eléctrica y Computadoras ACEER 18 de agosto de 2007 Centro Cultural de Mayagüez En Puerto Rico, con lo sensitiva que es toda la Isla, ningun sitio es bueno para instalar turbinas de viento. Ernesto Santiago (SOPI) El Nuevo Día 12 de septiembre de Los problemas que enfrenta la generación eólica en Puerto Rico (y las demás renovables también ) NO PLAN de uso de terrenos NO DIALOGO Nacional o Ambiente, Justicia Social o No petróleo, gas o carbón NO ESTRUCTURAS PARTICIPATIVAS Costa Sur, ecoelectrica, CORCO, Windmar? 9

10 Un ejemplo: Una casa de unos 1500 pies cuadrados con consumo entre 500 y 700 kwh al mes Demanda Demanda Demanda 500 kwh/mes 600 kwh/mes 700 kwh/mes $110 $132 $154 a 22 /kwh calentador solar bombillas compactas fluorescentes secadora de gas estufa de gas abanicos de techo nevera eficiente equipos eficientes 10

11 Panel fotovoltaico de 170 W $750/panel = $4.41/ W pico el panel solo Costo estimado elementos sistema PV Elemento del sistema Panel Solar (cada uno) Invertidor ~$0.75/W Instalación ~$1/W Materiales (herrajes, ) ~$1/W Mantenimiento (1 cambio invertidor) TOTAL FIJO Costo estimado ($) 750 3,000 3,000 a 5,000 3,000 a 5,000 3,000 12,000 a 16,000 11

12 Cantidad de paneles y costo total del sistema (~$8/W) Demanda al mes 500 kwh Demanda al mes 600 kwh Demanda al mes 700 kwh Ponce 19 ($26,566) 23 ($30,679) 26 ($34,792) Mayagüez 23 ($31,349) 28 ($36,419) 33 ($41,488) San Juan 22 ($29,903) 26 ($34,684) 31 ($39,465) Valor Presente de la electricidad y total (~$8/W) 20 años, 8%, 22 /kwh Demanda al mes 500 kwh $15,000 Demanda al mes 600 kwh $18,000 Demanda al mes 700 kwh $21,000 Ponce ($11,575) ($12,690) ($13,805) Mayagüez ($16,358) ($18,429) ($20,501) San Juan ($14,912) ($16,695) ($18,477) 12

13 El análisis no incluye Externalidades o valor de no contaminar o satisfacción de independencia o aumento en confiabilidad (huracanes) Beneficios sociales o disminución pérdidas o crédito por capacidad o creación de empleos y mercado Conversión Termal una superficie se coloca al sol y esta absorve energía y se calienta. Baja temperatura < 200F. Aplicaciones de mayor temperatura, hasta los 6000F, requiere el uso de concentradores. Conversión Fotovoltaica Se usan celdas solares, efecto fotovoltaico, para producir electricidad de los fotones del sol. 13

14 OJO Trabajo en progreso Hacen falta mas datos del centro y nor oeste de Puerto Rico. Autora: Luisa I Feliciano Cruz Tecnologías de concentración (Dr. Cayetano López CIEMAT) Absorber Tube Absorber tube and reconcentrator Curved mirror Curved mirror Pipe with thermal fluid Parabolic Trough Linear Fresnel Receiver / Engine Reflector Solar Receiver Dish/Engine Heliostats Central Receiver 14

15 Colectores cilindro-parab parabólicos: desde 1981 Plantas SEGS. 354 MWe. Kramer s Junction, California Un sistema cilindro parabólico usa unas 5 cuerdas por cada MW de capacidad instalada. Es mucho terreno? Y otras tecnologías? 15

16 El Lago Mead de Hoover Dam cubre unas 250 mi 2. Una planta solar termal de concentración usaría entre 10 y 20 mi 2 de terreno para generar la misma cantidad de potencia al año que genera Hoover Dam. Si incluimos el terreno que ocupan las minas las plantas solares termales de concentración usan menos terreno que una planta de carbón. El mayor impacto ambiental de las plantas solares termales es el uso de terreno. Las plantas solares termales de concentración no producen emisiones o gases de invernadero. 16

17 Instalaciones de ensayo en la PSA

18 Trabajo en progreso en el RUM Arlene Sosa Trabajo en progreso en el RUM Arlene Sosa 18

19 Autora: Arlene Sosa Magaby Quintero y Franchesca Aponte 19

20 Oleaje en Puerto Rico Magaby Quintero y Franchesca Aponte Batimetría: Estudio de las profundidades marinas [8] Magaby Quintero y Franchesca Aponte 20

21 Equipos para Conversión de Energía[3, 6, 7] Magaby Quintero y Franchesca Aponte [1] Briscoe, C.B. Weather in the Luquillo Mountains of Puerto Rico, Institute of Tropical Forestry, U.S. Department of Agriculture, Puerto Rico, [2] Collares-Pereira, M. & Rabl, A., The Average Distribution of Solar Radiation Correlations Between Diffuse and Hemispherical and Between Daily and Hourly Insolation Values, Solar Energy, Vol. 22, pp , [3] Duffie, J. & Beckman, W. Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, [4] Gaspar, C., Multigrid Technique for Biharmonic Interpolation with Application to Dual and Multiple Reciprocity Method, Numerical Algorithms, Vol. 21, pp , [5] López, A.M. & Soderstrom, K.G. Insolation in Puerto Rico, Journal of Solar Energy Engineering, [6] Sandwell, David T., Biharmonic Spline Interpolation of GEOS-3 and SEASAT Altimeter Data, Geophysical Research Letters, 14, 2, , [7] Yang, W.Y., Cao, W., Chung, T. & Morris, J. Applied Numerical Methods Using MATLAB, John Wiley & Sons, [8] Cayetano López, Energía y Política Publica: El Caso de España, Foro de Energía, UPR Mayaguez, Mayo [9] Irizarry-Rivera, Agustín, INEL 6025 Conversión Avanzada de Energía, Notas de la clase,

22 Referencias [1] Bringing Ocean Power to the World, Seabased Energy AB, [2] Mercado Aurelio, Wave Transformation Study for Selected Puerto Rico Sites in Support of a Coastal Erosion Study, Septiembre [3] Technology White Paper on Wave Energy Potential on the U.S. Outer Continental Shelf, U.S. Department of the Interior, May [4] Morelock, Jack, Capella, Jorge, Garcia, Jorge R., Barreto, Maritza, Puerto Rico-Seas at the Millenium. [5] Brooke, John, Wave Energy Conversion, Oxford: Elsevier, [6] Previsic, Mirko, EPRI Assessment Wave Energy Conversion Devices, June [7] Centre for Renewable Energy Sources, Wave Energy Magaby Quintero y Franchesca Aponte Utilization in Europe, Belgium,