PROYECTO FIN DE MÁSTER: DIMENSIONADO DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS Y DE COGENERACIÓN PARA AUTOCONSUMO ELÉCTRICO EN EDIFICIOS AISLADOS DE LA RED

Transcripción

1 7. Conclusiones La conclusión fundamental que podemos obtener de este proyecto es que las instalaciones aisladas de la red para autoconsumo, concretamente las que funcionan con energía solar fotovoltaica y cogeneración, son una alternativa factible tecnológica y económicamente viable dentro del contexto actual tan marcado por un contiguo aumento del precio de la energía eléctrica y una cada vez mayor exigencia en términos de edificios de bajo consumo energético y bajo nivel de emisiones. Enumeramos a continuación de forma más detallada las conclusiones que hemos obtenido a lo largo de la realización del proyecto. 1. Tipología de las instalaciones de autoconsumo Actualmente las instalaciones de autoconsumo pueden clasificarse en interconectadas, asisitidas o aisladas. La falta de regulación del llamado balance neto y la reciente aprobación del peaje de respaldo, ha provocado que las instalaciones asistidas pierdan rentabilidad económica. Las instalaciones interconectadas, que son aquellas donde el suministro conmuta entre nuestro sistema de generación y la red, solo son aplicables para ciertos usos. Por tanto las instalaciones aisladas cobran un renovado interés de cara al desarrollo de modelos energéticos basados en fuentes de energía limpias o eficientes. Además las instalaciones aisladas presentan otras ventajas, como la exención de aval y la no necesidad de obtener un punto de suministro. En la realización de este proyecto, se ha supuesto que las instalaciones aisladas no van a ser gravadas con nuevos impuestos o peajes. 2. Referencias bibliográficas y valor añadido del proyecto Existen en la bibliografía especializada diversas publicaciones que abordan de una u otra manera el problema aquí planteado. Sin embargo ninguna de ellas se centra en la Página 80 de 94

2 combinación de tecnologías usada en este proyecto, ni tampoco plantean la opción del autoconsumo aislado. En cualquier caso, el interés de este proyecto radica en que es ahora cuando se dan las circunstancias económicas (precio de la electricidad y precio de las instalaciones fotovoltaicas), técnicas (desarrollo de herramientas de gestión y control de la demanda) y legales (aprobación del peaje de respaldo) que hacen crecer el interés de esta propuesta. 3. Consecución de los objetivos marcados Se han conseguido los objetivos que nos habíamos marcado para la elaboración de este proyecto. Estos son: Se ha determinado un procedimiento para la obtención de curvas de demanda horaria a partir de datos de facturación reales. Se han identificado los datos que son necesarios definir para dimensionar y definir una instalación de autoconsumo. Para ello se han realizado algunas hipótesis simplificatorias y se ha analizado la influencia de los parámetros más sensibles al resultado final. Se ha desarrollado e implementado un algoritmo de diseño y cálculo para el dimensionado de este tipo de instalaciones. Se ha aplicado el procedimiento a un caso real Se han realizado diferentes simulaciones sucesivas de la instalación de forma que se ha podido estudiar la influencia de diferentes parámetros en el coste de la instalación. Gracias a este análisis se han desarrollado de criterios de selección de algunos parámetros de la instalación. Se ha realizado un análisis de sensibilidad económica según las perspectivas de evolución de los costes energéticos. 4. Desarrollo del modelo matemático de cálculo Página 81 de 94

3 Se ha desarrollado un modelo analítico que gobierna la gestión de la instalación. Para ello se han aplicado algunas reglas que de forma general intentan fomentar la prioridad de las fuentes de energía gratuitas (fotovoltaica) y la consecución de unas condiciones de funcionamiento del motor lo más regulares posibles (potencia entregada cerca de la potencia nominal del equipo y minimización del número de arranques y paradas anuales) Se ha detectado que el esquema de control propuesto, si bien es el adecuado para cumplir los objetivos del proyecto, tiene cierto potencial de mejora. Una instalación como la diseñada en este proyecto, sería susceptible de ser gestionada por un sistema de control inteligente y con memoria, de forma que pudiera conocerse previamente la curva de demanda, en base a históricos de consumo y previsión de datos meteorológicos y de uso de la instalación, y pudiese ajustarse para cada día el régimen de uso del motor de la forma más eficiente posible. El desarrollo de un sistema de control como el descrito, queda fuera del alcance de este proyecto, pero pudiera ser una línea de trabajo para sucesivos trabajos de investigación. Otra consideración respecto al modelo matemático desarrollado, es que la optimización de la instalación, realizada mediante el algoritmo de optimización no lineal (GRG2), teniendo como variables a optimizar la potencia pico de la instalación fotovoltaica, la potencia del motor y la capacidad energética de las baterías, no ofrece una solución única. Por tanto, como la batería es el elemento más sensible debido a sus costes de mantenimiento y a su vida útil, podemos realizar un análisis paramétrico para calcular la capacidad energética óptima, y aplicar el método solo a la potencia pico y potencia del motor. Se ha realizado este planteamiento a la instalación del ejemplo, y se ha llegado a dos soluciones cuyo coste de explotación es similar, pero con una disminución de la capacidad energética de las baterías muy importante: Primera solución: Segunda solución: 56,6 kwp FV 30,1 kwp FV Página 82 de 94

4 11,4 kw cogeneración 35,1 kw cogeneración kwh baterías kwh /año /año Esta versatilidad del procedimiento de optimización, nos permitirá poder minimizar la influencia en la instalación de aquel componente que tengas más problemas de mantenimiento o más costes de inversión. En concreto hemos encontrado dos soluciones, ambas cumplen con las exigencias requeridas al proyecto, con similar coste de instalación pero el tamaño de las baterías en mucho menor y por tanto podemos eliminar los problemas derivados de su mantenimiento y control. 5. Gestión de la demanda eléctrica Se ha identificado que el aspecto que más afecta al coste de explotación de la instalación es la posibilidad de realizar una gestión de la demanda energética. Cuando el suministro eléctrico se obtiene a través de la red eléctrica ésta nos entrega la potencia requerida siempre y cuando las condiciones del suministro lo permitan. Esta permanente disponibilidad de potencia, se financia a través de los peajes de acceso de nuestra factura eléctrica, e implica que los diferentes agentes que gestionan el sistema eléctrico, habrán desarrollado modelos y mecanismo para garantizar la disponibilidad de potencia requerida en todo momento. Sin embargo en nuestro modelo de autoconsumo aislado, no hay una red que nos respalde ni un operador que adapte la generación a la demanda. Si queremos garantizar una disponibilidad total del suministro eléctrico, tendremos que diseñar una instalación de generación y almacenamiento mayor. Con una política de gestión de la demanda, tendremos que adaptar nuestra curva de consumo a la presencia o no del recurso energético renovable (sol en este caso), o simplemente diversificar algunos usos (fundamentalmente todos aquellos que supongan generación de calor mediante electricidad) a otras fuentes de energía. En este sentido, podríamos considerar que una interesante vía de investigación podría ser extrapolar el modelo aquí presentado a todo el consumo energético de una vivienda o grupos de vivienda. Página 83 de 94

5 El concepto que aquí se está exponiendo, es totalmente novedoso para suministros de viviendas, pero no lo es para los grandes clientes de la energía eléctrica, tales como grandes consumidores o empresas comercializadoras, que cada día acuden al mercado diario de electricidad y participan en la casación de oferta y demanda eléctrica pujando por una cierta cantidad de energía a un precio concreto. Detrás de un modelo de gestión de la demanda es ésta la idea que subyace cuánta energía estás dispuesto a adquirir y a qué precio? En el desarrollo del proyecto se han considerado tres posibles escenarios en lo que respecta a la posibilidad o no de una gestión de la demanda energética. El escenario donde la gestión de la demanda es severa, supone que un 5% de la energía consumida actualmente en el modelo, debería ser trasladada a otras horas con más recurso solar o simplemente diversificada, por ejemplo con calderas de biomasa o gas natural. Para el ejemplo estudiado, se ha llegado al siguiente resultado: el coste por kwh de la energía consumida en el escenario en donde no se realice ningún tipo de gestión de la demanda es de 0,319 /kwh, mientras que con gestión severa, dicho valor disminuye a 0,203 /kwh, lo que supone una disminución del 36%. 6. Análisis económico de la instalación Se ha realizado un análisis comparativo de distintos escenarios en función de los costes actuales y potencialmente esperables de los suministros eléctrico y térmico. Para ello se ha tomado una instalación de referencia para cada escenario diferente a la gestión de la demanda realizada considerando unos parámetros fijos relativos al funcionamiento de la instalación solar, baterías de acumulación, motor de cogeneración, aprovechamiento de la energía térmica, costes de amortización de la inversión, etc. El resultado obtenido es que hay escenarios donde, realizando una gestión de la demanda severa e incluso leve, el coste de explotación de la instalación de autoconsumo, es similar o incluso ligeramente inferior al coste de obtener la misma cantidad de energía a través de la red. Página 84 de 94

6 De igual forma, sin gestión de la demanda, el coste de explotación de la instalación es muy superior al coste convencional vía contrato. 7. Otras consideraciones En el modelo que se ha desarrollado en este trabajo, se han sustituido todos los agentes participantes en el mercado eléctrico por la propia gestión del usuario de la instalación. Es el usuario el que construye, mantiene y explota las centrales de producción, adquiere la energía primaria para su posterior transformación, gestiona las redes de distribución eléctrica y en definitiva gestiona la instalación. Este hecho tiene la enorme ventaja de que la eliminación de agentes intermediarios, abarata el coste final de la energía eléctrica. Sin embargo requiere del usuario de la instalación de unos conocimientos técnicos y de un compromiso con el sistema mucho más alto que el que tiene un usuario de la red eléctrica convencional. Para atenuar la carga que supondría ser el gestor de tu propia red, existen actualmente en el mercado dispositivos que permiten tanto gestionar la información de generación y consumo, como ejecutar acciones encaminadas a maximizar el aprovechamiento de los recursos energéticos cuando estos se presenten. 8. Nuevas líneas de investigación que pueden abrirse en relación al trabajo presentado A raíz de los resultados obtenidos con este proyecto, enumeramos algunas líneas de trabajo que podrían profundizar en el diagnóstico de las instalaciones de autoconsumo aisladas. Enumeramos algunas de ellas: Desarrollo de programas de control y gestión inteligentes para instalaciones gestionables, tales como cogeneración, aplicadas a instalaciones de autoconsumo aisladas. Mecanismos para disminución del coste del sistema de acumulación para instalaciones aisladas: coche eléctrico Página 85 de 94

7 Estrategias para la implementación de un sistema de gestión de la demanda eléctrica que permita optimizar el aprovechamiento de fuentes de energía gratuita, así como disminuir el coste de inversión de la instalación El enfoque realizado ha puesto el punto de mira en el coste económico de explotación de la instalación, teniendo en cuenta costes como amortización de los equipos, mantenimiento, suministros de energía primaria, etc. Otro enfoque alternativo y que presentaría una perspectiva más global, sería basar el estudio en el ciclo de vida de la instalación, teniendo en cuenta de esta forma, todos los costes energéticos, económicos y medioambientales. Página 86 de 94