SUB-PROYECTO: Integración de Métodos de Análisis Multicriterios y de Sistemas de Información Geográfica para el Desarrollo Energético Sustentable de la Cuenca del Río Usumacinta en Tabasco Articulado al Proyecto FOMIX: Retos para la Sustentabilidad en la Cuenca del Río Usumacinta en Tabasco: ecosistemas, cambio climático y respuesta social 1. Título del sub-proyecto: Integración de Métodos de Análisis Multicriterios y de Sistemas de Información Geográfica para el Desarrollo Energético Sustentable de la Cuenca del Río Usumacinta en Tabasco. 2. Duración: 24 meses 3. Descripción de la propuesta Esta propuesta (articulada al proyecto Retos para la Sustentabilidad en la Cuenca del Río Usumacinta en Tabasco: ecosistemas, cambio climático y respuesta social, aprobado por el FOMIX Tabasco) plantea abordar la problemática del desarrollo energético sustentable de la cuenca baja del río Usumacinta, porción Tabasco, mediante la integración de Técnicas de Análisis Multicriterios (AMC) y de Sistemas de Información Geográfica (SIG), como una valiosa herramienta de apoyo a la toma de decisiones. El desarrollo energético sustentable del área geográfica objeto de estudio será analizado desde sus más diversas perspectivas: 1. Identificación de áreas de oportunidades para la aplicación de medidas de eficiencia energética a partir de auditorías en sitios claves. 2. Evaluación de las necesidades energéticas no cubiertas en las diferentes localidades del área. 3. Evaluación del potencial energético renovable (eólico, solar, biomásico, hidroeléctrico) y de su combinación con tecnologías convencionales. 4. Análisis FODA y elaboración e implementación de estrategias para el desarrollo de las tecnologías energéticas renovables en el área. 5. Desarrollo de acciones de educación energético-ambiental en el área de acción del proyecto y de formación de recursos humanos especializados (mediante diplomados, maestrías, etc.). 6. Desarrollo de metodologías para el análisis de viabilidad social de sistemas energéticos renovables, tanto aislados de la red eléctrica nacional, como enlazados a ella.
7. Implementación de métodos de análisis multicriterios para la selección de alternativas tecnológicas renovables acordes a cada localidad. 8. Integración de las informaciones derivadas de los estudios realizados en los puntos anteriores a un SIG, para facilitar la toma de decisiones. 9. Estudios de factibilidad de cuatro proyectos de instalación de sistemas energéticos renovables utilizando el SIG desarrollado. Las acciones enumeradas anteriormente serán desarrolladas en dos etapas, cada una con una duración de un año, aunque algunas acciones se iniciarán en la primera etapa y continuarán en la segunda debido a sus características. Las dos etapas son las siguientes: Etapa 1 (año 1 del proyecto): Diagnóstico energético, evaluación de recursos renovables y desarrollo e implementación de estrategias para el uso de tecnologías energéticas renovables en el área de estudio. Etapa 2 (año 2 del proyecto): Integración de métodos de análisis multicriterio y de SIG para la selección óptima de alternativas energéticas renovables en cada localidad. Para la ejecución del proyecto se contará con la participación de instituciones nacionales de prestigio en el área de las energías renovables, de las ciencias sociales así como en la gestión de SIG, entre las cuales se encuentran las siguientes: 1. Centro del Cambio Global y la Sustentabilidad en el Sureste (CCGSS). 2. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco (UJAT). 3. Centro de Investigación de Energía (CIE-UNAM). 4. Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). 5. Universidad del ISTMO de Tehuantepec (UNISTMO). 6. Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). 7. Comisión Federal de Electricidad (CFE). 8. Centro de Investigación en Geografía y Geomática (CentroGeo). 9. Colegio de México (COLMEX). Se potenciará la colaboración con instituciones internacionales como el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), de España, el Dinamarca y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de los Estados Unidos de América. La participación de varias instituciones garantizará la formación de un grupo de trabajo transdisciplinario, así como el aprovechamiento de la infraestructura de investigación ya existente en ellas (WorkStations, Softwares especializados como el WAsP, WindFarm, Meteodyn y TRNSYS con licencia de uso, entre otros); aspectos que constituyen una fortaleza para el proyecto, disminuyendo la existencia y/o los efectos de posibles riesgos así como evitando destinar recursos financieros para su adquisición.
A lo largo del proyecto se irá realizando la divulgación oportuna de los resultados alcanzados mediante la participación en reuniones científicas, congresos internacionales, talleres, seminarios, publicación de artículos en revistas indexadas y en portales de diferentes instituciones del gobierno, etc. De igual forma se planea la titulación de estudiantes de pregrado y posgrado de diferentes Programas Académicos mediante su vinculación a tareas específicas del proyecto. 4. Palabras claves Recursos renovables; eficiencia energética; política energética; desarrollo sustentable; análisis multicriterio; sistemas de información geográfica; cuenca baja del Usumacinta; cambio climático; cambio global. 5. Objetivo General Contribuir al desarrollo energético sustentable de la cuenca baja del río Usumacinta, porción Tabasqueña, mediante el desarrollo de acciones combinadas de educación energético-ambiental, planeamiento estratégico, formación de recursos humanos, evaluación de recursos energéticos renovables, y la integración de técnicas de AMC y SIG para facilitar la toma de decisiones aplicada a un caso de estudio comparativo. 6. Objetivos específicos 1. Realizar un diagnóstico de la situación energética en la cuenca baja del Usumacinta-porción Tabasqueña-que permita implementar medidas de eficiencia energética y evaluar el potencial energético renovable con que cuenta la misma, así como diseñar estrategias de políticas energéticas sustentables. 2. Desarrollar un programa de educación energético-ambiental y de formación de recursos humanos especializados. 3. Desarrollar metodologías para el análisis de viabilidad social de sistemas energéticos renovables, tanto aislados como enlazados a la red eléctrica nacional. 4. Integrar métodos AMC y SIG para facilitar la toma de decisiones en cuanto al planeamiento energético sustentable de la cuenca baja del Usumacinta, porción Tabasco. 5. Realizar dos estudios comparativos de pre-factibilidad de sistemas energéticos renovables en dos comunidades de la cuenca baja del Usumacinta, con diferentes escenarios de demanda de electricidad. 7. Área de estudio Cuenca baja del Usumacinta-porción Tabasco, constituida por dos subregiones y seis municipios del Estado de Tabasco: La Subregión de los Ríos, compuesta por los municipios Balancán, Tenosique y Emiliano Zapata, y la Subregión Pantanos, que comprende los municipios de Jonuta, Macuspana y Centla.
8. Metas 1. Diagnóstico de necesidades energéticas y de potenciales energéticos renovables, así como diseño de políticas energéticas sustentables para la cuenca baja del Usumacinta-porción Tabasco. 2. Programas de educación energético-ambiental formal y no formal para la cuenca baja del Usumacinta, porción Tabasco. 3. Desarrollo de metodologías participativas para los estudios de viabilidad social de sistemas energéticos. 4. Sistema de información geográfico de fuentes renovables de energía integrado a métodos AMC para la toma de decisiones en la cuenca baja del Usumacintaporción Tabasco. 5. Estudio comparativo de pre-factibilidad de sistemas energéticos en dos sitios de la cuenca baja del Usumacinta-porción Tabasco. 9. Antecedentes Los trabajos más notables que se han desarrollado en el Estado de Tabasco en el área de las energías renovables, han sido impulsados y desarrollados por especialistas de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco (UJAT) en colaboración con otras instituciones del país. En el área de la energía eólica uno de los primeros trabajos estuvo ligado a la Central Eólica La Venta I en 1998, en el Istmo de Tehuantepec. En ese entonces se trabajó en la formación de especialistas y en investigaciones aplicadas desarrollándose una interface para el control y monitoreo de la central. Posteriormente, durante el período 2010-2012 se ha estado experimentando con un aerogenerador de 1.5 kw y se ha trabajado en la prospección eólica en dos sitios a 5 km de la costa, en los Municipios de Centla y Cárdenas. Para esto se están utilizando torres meteorológicas de 55 m de altura que fueron adquiridas a partir de aportaciones conjuntas del FOMIX, la UJAT y el IIE [1]. Actualmente se está implementando una red de 10 estaciones meteorológicas automáticas, que serán instaladas en sitios donde se espera que exista un recurso eólico importante. En dichas estaciones también se realizarán mediciones de otras variables climatológicas como radiación solar y precipitación. Los sensores y los sistemas de adquisición de datos ya fueron adquiridos y solo se espera por las torres de 21 m para su instalación en el campo, las cuales serán adquiridas con recursos financieros de la UJAT [1]. Por otro lado en la UJAT también se ha trabajado en la producción de biogás, habiéndose instalado varios biodigestores en el Municipio Cunduacán y en el Campus de DACBIOL, dónde se ha producido biogás con alto contenido en metano, estando en proceso de mejora tecnológica y en formación de recursos humanos. Se han hecho aplicaciones donde el biogás se ha usado como combustible en estufas y recientemente se puso en funcionamiento un pequeño generador eléctrico con este gas almacenado en contenedores, también diseñados y construidos en la propia universidad [1]. En cuanto a la producción de biodiesel, investigadores de la UJAT han estado trabajando en su obtención a partir del fruto de la Palma Africana, cuyo cultivo ha sido impulsado desde algunos años por el Gobierno Federal para producir aceite y que ha ido reconvirtiendo
algunas extensiones de terreno que antes estaban destinadas a la ganadería y a los plantíos de plátano, entre otras especies [1]. En otro sentido, como una medida para identificar oportunidades de ahorrar energía desde los hogares de tipo vivienda media, interés social y residencial, así como en instalaciones comerciales y edificios públicos como oficinas de gobierno y de educación superior, se han estado realizando monitoreos con sensores de temperatura de bulbo seco y humedad relativa. Con ello se pretende identificar las condiciones de confort y calcular las necesidades básicas de energía para lograrlo cuando este no exista. Este proyecto está bastante avanzado pues ya tiene más de dos años de registros, y permitirá además proveer información para entender el problema de las tarifas eléctricas en el estado de Tabasco [1]. Otra de las tecnologías renovables que ha sido utilizada en el Estado es la solar fotovoltaica, que ha servido para alimentar de energía a pequeñas bombas de agua para abrevaderos en la ganadería. Recientemente han aparecido empresas que promueven la instalación de dicha tecnología para hacer funcionar aires acondicionados domésticos, mientras que otras ofrecen resolver el problema de los costos de la energía y las tarifas eléctricas en el estado [1]. Otros de los resultados importantes que anteceden a este proyecto son los obtenidos por el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), que a través de su Gerencia de Energías no Convencionales (GENC) ha desarrollado proyectos en todo el país para la exploración de recursos energéticos renovables. Desde su creación la GENC ha venido realizando mediciones y recopilando informaciones del potencial de algunos recursos energéticos renovables en diversas áreas del país. Estas mediciones han servido de soporte para la implementación de proyectos, entre los que se encuentran: la instalación de sistemas conversores de energía eólica de pequeña y gran capacidad; el diseño, instalación y puesta en operación de biodigestores; el diseño e instalación de micro-turbinas hidráulicas; la instalación de sistemas fotovoltaicos, tanto para la electrificación de comunidades apartadas de la red, como para sistemas conectados a ésta y, en general, la realización de estudios de factibilidad técnico-económica sobre el aprovechamiento de los recursos renovables. Como resultados de estas acciones, el IIE ha evaluado el potencial energético del recurso eólico en diversos lugares como la región Pacífico Norte del estado de Baja California Sur; Isla del Carmen, Campeche; Samalayuca y Cd. Cuauhtémoc, Chihuahua; Pachuca, Hidalgo; Moroncarit, Sonora; Laguna Verde, Veracruz; la franja fronteriza del Estado de Nuevo León; la Ventosa, Oaxaca; Playa Paraíso, Q. Roo y el cerro La Virgen, Zacatecas, etc. Actualmente el IIE dispone de una red de estaciones anemosolarimétricas de referencia localizadas en sitios estratégicos de todo el país. Para otros recursos como el bioenergético ha realizado estimaciones por métodos indirectos con el fin de contar con un primer indicador del potencial de las distintas fuentes biomásicas como los esquilmos agrícolas y forestales y los desechos pecuarios. En cuanto al recurso solar ha realizado esfuerzos dirigidos al mapeo de la irradiación solar global, directa y difusa. Por lo que respecta a la energía mini-hidráulica ha hecho estimaciones preliminares del potencial energético de este recurso en algunas cuencas de los estados de Jalisco, Oaxaca, Sonora y Veracruz.
Tanto con la información generada por la GENC como con la aportada por diversas instituciones, se ha ido consolidando un Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables (SIGER), el cual es un proyecto que cuenta con los elementos estratégicos de un SIG: hardware, software, datos, métodos y recursos humanos altamente calificados. La tecnología de los SIG constituye una poderosa herramienta para el manejo de bases de datos, y en el área de las energías renovables ha sido utilizada en varios países. Algunas de las herramientas basadas en SIG para proyectos de energías renovables que han sido desarrolladas son las siguientes: REGIS, EPURE, EnTRACK, REPLAN, SOLBIO y SOLARGIS [2]. En cuanto a los métodos de análisis multicriterio, se puede decir que son una herramienta analítica de gran potencialidad en los procesos de ingeniería de sistemas, que permiten mejorar la comprensión de los procesos de decisión que subyacen a los procesos sistémicos y ayudan a los centros decisores a abordar la necesaria comparación entre alternativas. Los AMC han sido empleados por varios autores en estudios relacionados con la toma de decisiones, tanto en las ingenierías como en otras áreas de las ciencias. En particular, se han publicado algunos estudios que realizan el análisis multicriterio de sistemas convencionales de energía, no siendo el caso de los sistemas de energías renovables donde los análisis han sido básicamente unicriteriales. A.G. Kagiannas et al. [3] desarrollaron modelos donde estiman el crecimiento futuro de la demanda de energía, los posibles sistemas energéticos, combustibles a utilizar así como otros factores claves a partir de los cuales el planeador puede evaluar parámetros de decisión y las alternativas disponibles. Presentan diferentes metodologías que son utilizadas por once modelos para la estimación del crecimiento de la demanda de energía, la gestión del suministro y de la demanda de electricidad así como para la planeación integrada de recursos. M. Dağdeviren y E. Eraslan [4] propusieron un modelo basado en procesos de redes analíticas y técnicas de toma de decisiones en grupo, para evaluar políticas de estrategias energéticas. El modelo es usado para asignar prioridades a la estrategia energética de Turquía. Se demostró que al incluir varias personas en el proceso de decisión su efectividad es incrementada. J.J. Wang et al. [5] propusieron un método de pesos combinados para considerar la subjetividad de los tomadores de decisiones y la objetividad de los datos medidos, mediante evaluaciones de múltiples criterios en sistemas de cogeneración de energías. J. Climato et al. [6] estudiaron la planeación de nuevas unidades para la generación eléctrica, incorporando aspectos de seguridad medioambiental. Se utilizó un modelo de programación lineal, considerando tres funciones objetivos: costo presente neto, fiabilidad del sistema e impacto medioambiental.
En sistemas con tecnologías renovables, los estudios han ido evolucionando desde los análisis basados únicamente en funciones de tipo económica hacia aquellos que involucran funciones objetivos de tipo ambiental. Y. A Katsigiannis et al. [7] resuelven el problema de optimización económica y medioambiental de pequeños sistemas híbridos mediante un algoritmo genético multiobjetivo. Ellos consideraron como una función económica la minimización del costo de la energía. Mientras que el objetivo medioambiental fue la minimización de las emisiones contaminantes durante la vida útil del sistema. D.L Rodolfo y B.A. José L. [8] realizan el diseño multi-objetivo triple de un sistema híbrido aislado, minimizando simultáneamente el costo total en la vida útil del sistema, las emisiones contaminantes y la carga no servida. Utilizaron un algoritmo evolutivo multiobjetivo y un algoritmo genético para encontrar las mejores combinaciones de componentes del sistema híbrido y sus estrategias de control. K. Kaviani et al. [9] diseñan un sistema híbrido eólico/fotovoltaico/celda de combustible, bajo el criterio de minimización del costo anualizado en 20 años de operación. El problema de optimización está sujeto a un suministro fiable de la demanda, incluyendo en el análisis las fallas de las turbinas eólicas, de los arreglos fotovoltaicos y del convertidor DC/AC. Es utilizado un algoritmo de optimización basado en nubes de partículas PSO (Particle Swarm Optimization). Los resultados demuestran la influencia de las fallas de los componentes en la fiabilidad y costo del sistema. T. Catalina et al. [10] llevaron a cabo un análisis multicriterio de un sistema de energía, seleccionando la alternativa óptima. El método utilizado fue el ELECTRE III y fue aplicado a un caso de estudio. El estudio demostró que el análisis multicriterio puede proveer un apoyo científico-técnico para la toma de decisiones que es capaz de establecer el rango de aplicación de las energías renovables en casos específicos. J.R. San Cristóbal [11] aplicaron el método de programación compromiso, también conocido como método VIKOR, a la selección de proyectos de energías renovables en España. Se ponderó la importancia de los diferentes criterios, permitiéndole a los tomadores de decisiones asignar estos valores basados en sus preferencias. Los resultados mostraron que las plantas de biomasa eran la mejor opción, seguida por la energía eólica y la solar térmica. H.G. Geovanni et al. [12] realizan la optimización económica y ambiental de un sistema híbrido autónomo para la electrificación de una comunidad rural cubana. Los autores desarrollan un algoritmo de optimización que aprovecha la búsqueda enumerativa realizada por el modelo HOMER V 2.68 (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) para generar una población de soluciones técnica y económicamente factibles, ordenadas por el valor del NPC. Luego calculan las emisiones netas evitadas en el ciclo de vida para cada una de las configuraciones posibles de componentes y seguidamente obtienen el correspondiente frente de Pareto, repitiéndose el análisis para diferentes valores de energía no servida por el sistema. El estudio no incluye un análisis multicriterio para la toma de decisiones en cuanto al sistema óptimo a instalar.
Sin embargo, el uso separado de SIG y de métodos AMC no brinda las posibilidades que su integración estaría ofreciendo a los tomadores de decisiones. En tal sentido, son varios los trabajos que han sido publicados. Malczewski, J. (2006) realiza la integración del método AMC conocido como sumatoria lineal ponderada ordenada (OWA por sus iniciales en inglés) y de SIG para la gestión ambiental de cuencas hidrográficas en Ontario, Canadá [13]. Mendoza Cantú M.E. et al. realizan un estudio similar para la cuenca del lago Cuitzeo en México. Los autores realizan un análisis multicriterio que integra tecnologías de sistemas de información geográfica (SIG) y percepción remota (PR), con el propósito de entender la complejidad del paisaje de la cuenca y construir modelos de toma de decisiones espacialmente distribuidos que permita determinar la priorización de las sub-cuencas para fines de conservación, restauración y aprovechamiento [14]. Isah O. A. introduce SIG y métodos AMC para realizar el planeamiento de vías de acceso entre dos puntos de la geografía nigeriana [15]. Sultan Al-Y. et al. utilizan AMC y SIG para optimizar la ubicación de un parque eólico terrestre, incluyendo criterios técnicos, económicos, sociales y ambientales. Utilizan procesos de análisis de jerarquías así como el método de sumatoria lineal ponderada ordenada [16]. En otros trabajos la integración de SIG y AMC es utilizada con distintos fines: para la ubicación de sistemas fotovoltaicos en Oman (Yassine C. et al., 2011); para el planeamiento de energías renovables en un área rural semi-árida del noreste de Brazil (C. Tiba et al., 2010); para la modelación de un parque eólico-solar en Colorado (Jason R. J., 2010); en la selección de alternativas óptimas para la electrificación de zonas rurales en Murcia, España (Amador J. et al., 2005), entre otros [17-20]. En este ámbito, la introducción de variables sociales en proyectos de energías renovables es un aspecto que fortalece la sostenibilidad de los mismos. Por dicha razón, la inclusión de criterios sociales en los procesos de toma de decisiones ha de ser un área de oportunidades que apunte a la mitigación del cambio global. En tal sentido Arriaza H., 2005, plantea: La efectividad en la concepción, ejecución y operación de los proyectos debe ser plena Y las lecciones aprendidas del pasado exigen mayor precisión en la definición de las necesidades y más integralidad en las propuestas de solución. La inclusión de variables sociales es una necesidad inminente en la formulación, ejecución y evaluación de proyectos de energía rural, para que la población meta pueda ser escuchada, organizarse y participar activamente en la toma de decisiones para que las soluciones que se implementen sean apropiadas y apropiables, al ser gestionadas y desarrolladas por los equipos profesionales en concordia con la comunidad. El autor presenta una descripción de las variables sociales más influyentes en el resultado final de un proyecto, entre las cuales se encuentran las siguientes: género, etnia, voluntad de pago, capacidad de pago, alfabetismo, organización y participación ciudadana, equidad y hasta la potencialidad productiva de la comunidad [21]. En otro trabajo Jenny A. et al. 2007, analizan la influencia de factores subjetivos individuales en el cumplimiento de las reglas asociadas a la gestión de un recurso de uso
común, para lo cual desarrollan su estudio en una comunidad rural cubana electrificada mediante una central fotovoltaica autónoma [22]. Otero C. et al. 2012 desarrollan una herramienta que permite tener en cuenta la participación social en los procesos de planeamiento de un parque eólico en Cantabria, España [23]. Un trabajo similar es realizado por Giddings B. y Underwood C. 2007 [24], quienes estudian la problemática del desarrollo energético renovable en comunidades remotas de Gran Bretaña. Un aspecto interesante de este estudio es la clasificación de las comunidades atendiendo a su grado de desarrollo industrial o de marginación, en función de lo cual se determinaron los perfiles de consumo de energía y se seleccionó la combinación de tecnologías más adecuadas. En todo el proceso fueron involucrados tanto los residentes de la comunidad como sus representantes o líderes comunitarios. Son varios los proyectos en el área de energías renovables que han demostrado la necesidad de la participación comunitaria en cada una de sus etapas. Sus principales fracasos están ligados al hecho de ignorar a los comunitarios desde la etapa de concesión del proyecto. Factores como la aceptación comunitaria y la migración inducida no son normalmente tenidos en cuenta a la hora de diseñar proyectos energéticos; sin embargo este último es un factor que ocasiona incremento en la población de la comunidad y con ello en la demanda de energía. Un ejemplo lo constituye el proyecto de electrificación de la comunidad San Juanico en Baja California Sur. En 1999 dicha comunidad fue electrificada con un sistema híbrido eólico-fotovoltaico-diesel; en aquel entonces la comunidad contaba con 400 habitantes y una potencia pico de consumo de 30 kw. Diez años después la población alcanzó los 800 habitantes y el consumo los 70 kw (Sánchez G. E.L, 2010). Lo anterior se puede convertir en un problema cuya solución escapa de las posibilidades reales de la comunidad, contribuyendo a la insostenibilidad del sistema de suministro energético. Otro de los factores que incide en la sostenibilidad de los proyectos de energías renovables es el nivel de educación de los usuarios (Jolivet, Eric, 2010, Acikgoz C., 2011, Rubens A. D. et al., 2004, Kandpal T.C. et al., 1999). Los ingresos y la edad también inciden, junto al anterior, en el nivel de aceptación de los usuarios hacia las tecnologías renovables como la solar (Xueliang Y. et al., 2011). La sostenibilidad de tecnologías energéticas vía indicadores sociales es evaluada por Gallego C. D. y Mack A., 2010. Los principales criterios analizados por ellos fueron: seguridad y fiabilidad en el suministro de energía, estabilidad política y legitimidad, riesgo social e individual y calidad de vida. Como se puede observar, son varios los estudios que abordan el tema de la implementación de tecnologías renovables en el contexto energético-ambiental actual. La integración de los ámbitos naturaleza-tecnología-sociedad ha de ser el enfoque a seguir en la búsqueda de la sustentabilidad energética mexicana, en particular en la Cuenca Baja del Río Usumacinta; utilizando para ello las principales experiencias adquiridas y generando nuevos conocimientos que contribuyan con el desarrollo del estado del arte de las tecnologías energéticas renovables.
10. Justificación Varios países del mundo se encuentran en una transición energética donde se intenta diversificar las fuentes primarias de energía, aumentando el porcentaje en el uso de energías renovables. México es un país productor y exportador de hidrocarburos con un excesivo uso, que genera un impacto nocivo al medioambiente. Lo anterior motiva a realizar una transición energética dando prioridad a otras fuentes de energía alternas para la generación de electricidad, que hoy tienen un gran potencial en México. En particular, el estado de Tabasco cuenta con un potencial energético para el desarrollo de proyectos de generación de electricidad o para otras aplicaciones a través de diferentes tecnologías, ya que en él existen recursos renovables importantes como la irradiación solar, el viento y el recurso hidráulico; sin embargo, antes de emprender cualquier proyecto de desarrollo o de utilización de tecnologías energéticas, es imprescindible partir de un diagnóstico de las necesidades no cubiertas en la región y de las posibilidades reales de implementación de medidas de eficiencia energética. En dicho sentido, es precisamente la existencia de necesidades básicas no cubiertas (como el acceso a la electricidad y el agua por tuberías) uno de los elementos que justifican la realización de este proyecto en la cuenca baja del Usumacinta. Fig.1. Cantidad de habitantes y viviendas particulares habitadas que no cuentan con servicio eléctrico en Tabasco. Fuente: Elaboración propia a partir de informaciones disponibles en: http://www.inegi.org.mx/sistemas/tabuladosbasicos/preliminares2010.asp Como se observa en la Fig.1, la cobertura eléctrica varía de manera importante de un municipio a otro de Tabasco. En algunos municipios como: Centro de Villahermosa, Comalcalco, Cunduacán, Jalpa de Méndez, Nacajuca, Paraíso, Jalapa y Emiliano Zapata el porciento de población sin acceso al servicio eléctrico es menor al 1 %. Sin embargo en 9 municipios el porcentaje es algo mayor, existiendo cantidades importantes de habitantes sin
dicho servicio: Balancán (2,805 habitantes, 4.96 %), Huimanguillo (5,369 habitantes, 3 %), Tenosique (1,576 habitantes, 2.70 %), Jonuta (774 habitantes, 2.63 %), Tacotalpa (996 habitantes, 2.16 %), Centla (2,193 habitantes, 2.15 %), Cárdenas (3,154 habitantes, 1.28 %), Macuspana (2,262 habitantes, 1.49 %), Teapa (691 habitantes, 1.30 %). Otro servicio básico para la población es el de agua potable, cuyo abastecimiento no tiene una cobertura completa en todo el estado. En la Fig. 2 se observa que en algunos municipios el porciento de viviendas habitadas sin este servicio por tuberías es bastante alto. Entre ellos se encuentran: Centla (59.6 %), Huimanguillo (51.1 %), Macuspana (30.7 %) y Cunduacán (30.7 %). En otros, los porcientos oscilan entre el 13 % y el 16.3 %, siendo ellos los municipios de Comalcalco, Balancán, Tenosique, Jalpa de Méndez, Teapa y Tacotalpa. Fig. 2. Cantidad de habitantes y viviendas particulares habitadas que no cuentan con servicio de agua entubada en Tabasco. Fuente: Elaboración propia a partir de informaciones disponibles en: http://www.inegi.org.mx/sistemas/tabuladosbasicos/preliminares2010.asp Además de lo anterior, el uso de leña o carbón como combustible para cocinar o calentar los alimentos es otro de los factores que atenta contra el desarrollo sustentable en la cuenca baja del Usumacinta (Fig.3). Entre los municipios que registran mayores porcentajes en el uso de leña o carbón se encuentran: Balancán (48 %), Centla (54.6 %), Jonuta (64.5 %), Tenosique (38.3 %), Cárdenas (33.4 %), Comalcalco (47.1 %), Cunduacán (44.4 %), Huimanguillo (39.8 %), Jalpa de Méndez (38.5 %) y Tacotalpa (63.9 %). Principalmente los altos porcentajes del uso de leña se observa en localidades rurales alejadas de las manchas urbanas, mientras que en la región central como Villahermosa el uso de la leña es poco común con un porcentaje del 2 %.
Fig. 3. Distribución porcentual de combustibles utilizados para cocinar en viviendas particulares habitadas en Tabasco. Fuente: Elaboración propia a partir de informaciones disponibles en: http://www.inegi.org.mx/sistemas/tabuladosbasicos/preliminares2010.asp Sin embargo, estudios preliminares demuestran que en el estado de Tabasco los municipios de Huimanguillo, Cárdenas, Comalcalco, Cunduacán, Paraíso, Jalpa, Nacajuca, Macuspana, Villahermosa y parte de Centla, podrían contar con un potencial eólico entre 200 W/m2-300 W/m2, con velocidades medias del viento entre 5.0 m/s - 6.0 m/s (Fig. 4). Dichos resultados apuntan a que en esos municipios, el recurso eólico podría ser utilizado para producir electricidad mediante aerogeneradores de pequeña o micro-potencia para consumidores aislados. O se podrían hibridar con otras tecnologías como la solar fotovoltaica para los mismos fines; incluso se podría potenciar el uso de bombas eólicas para el abastecimiento de agua en zonas rurales. El recurso eólico parece ser mucho más importante en las zonas costeras del estado, donde existen áreas con una densidad de potencia entre bueno y excelente, 400 W/m2-600 W/m2 (Fig. 4). Estimaciones de producción de energía eléctrica mediante turbinas eólicas de mediana potencia en estas áreas, han arrojado factores de planta entre el 30 % y el 40 %; tales valores son indicativos de la rentabilidad de proyectos eólicos en esos sitios. No obstante, estos resultados han de ser precisados mediante los estudios previstos en este proyecto.
Fig. 4. Densidad de potencia eólica disponible en el estado de Tabasco a 80 m de altura. Fuente: ERRIIE. Explorador de Recursos Renovables. http://sag01.iie.org.mx/eolicosolar Otro de los recursos energéticos renovables con los que se cuenta en la cuenca es el solar. Como se puede observar en la figura 5, podemos encontrar promedios de radiación solar anual entre 5 kwh/m 2 y 6 kwh/m 2 por día. Figura 5 Mapa de radiación solar por día para el Estado de Tabasco. Fuente: ERRIIE. Explorador de Recursos Renovables. http://sag01.iie.org.mx/eolicosolar
Este recurso podría ser aprovechado mediante el uso de dos tecnologías: la solar fotovoltaica y la solar térmica. La primera de ellas podría ser implementada tanto en sistemas autónomos para la electrificación rural como en sistemas centralizados para suministrar electricidad a la red eléctrica. Por su parte, la solar térmica podría ser aprovechada para diversos usos, entre ellos los siguientes: calentamiento de fluidos, secado de productos varios, destilación de agua y generación de electricidad. En lo referente al uso de leña como combustible, la tecnología más usada es el fogón tradicional. Como se observa en la figura 3 un gran porcentaje de la población tabasqueña usa la leña para la cocción de sus alimentos. Con el fin de reducir los impactos en la salud y en el medio ambiente provocados por el humo de los fogones tradicionales y así como también reducir el consumo de leña, se deben implementar programas de eficiencia energética y desarrollo sostenible en la población, es decir, para el caso particular de uso de leña se debe contar con un programa de sustitución de fogones abiertos por fogones ecológicos o cocinas mejoradas como una alternativa de cambio a la contaminación ambiental. El desarrollo de biodigestores es otra de las soluciones que deben ser potenciadas en la cuenca, junto a la obtención de otros biocombustibles como el bioetanol y el biodiesel a partir de recursos propios de la zona. A pesar de todo lo anterior, lo cual se resume en existencia de necesidades energéticas no cubiertas y de recursos energéticos no aprovechados, el desarrollo energético actual de la cuenca baja del Usumacinta dista mucho de ser sustentable. A ello contribuyen muchos factores, constituidos como barreras tanto técnicas como no técnicas en los ámbitos económico, social, tecnológico y ambiental. Es por ello que se justifica la realización de todas las acciones previstas en este proyecto, de tal manera que con él se pueda contribuir de manera sustancial al desarrollo sustentable de la cuenca baja del Usumacinta. 11. Metodología Para lograr los objetivos del proyecto, enfocados hacia el desarrollo energético sustentable de la cuenca baja del Usumacinta, se desarrollarán las siguientes acciones principales: 1. Identificación de áreas de oportunidades para la aplicación de medidas de eficiencia energética a partir de auditorías en sitios claves. 2. Evaluación de las necesidades energéticas no cubiertas en las diferentes localidades de la cuenca. 3. Evaluación del potencial energético renovable (eólico, solar, biomásico, hidroeléctrico) y de su combinación con tecnologías convencionales. 4. Análisis FODA y elaboración e implementación de estrategias para el desarrollo de las tecnologías energéticas renovables en el área. 5. Desarrollo de acciones de educación energético-ambiental en el área de acción del proyecto y de formación de recursos humanos especializados (mediante diplomados, maestrías, etc.).
6. Desarrollo de metodologías para el análisis de viabilidad social de sistemas energéticos renovables, tanto aislados de la red eléctrica nacional, como enlazados a ella. 7. Implementación de métodos de análisis multicriterios para la selección de alternativas tecnológicas renovables acordes a cada localidad. 8. Integración de las informaciones derivadas de los estudios realizados en los puntos anteriores a un SIG, para facilitar la toma de decisiones. 9. Estudios de factibilidad de dos proyectos de instalación de sistemas energéticos renovables utilizando el SIG desarrollado. Las acciones enumeradas anteriormente serán desarrolladas en dos etapas, cada una con una duración de un año, aunque algunas acciones se iniciarán en la primera etapa y continuarán en la segunda debido a sus características específicas (ver cronograma). Las dos etapas a ejecutar son las siguientes: Etapa 1 (año 1 del proyecto): Diagnóstico energético, evaluación de recursos renovables y desarrollo e implementación de estrategias para el uso de tecnologías energéticas renovables en el área de estudio. Etapa 2 (año 2 del proyecto): Integración de métodos de análisis multicriterio y de SIG para la selección óptima de alternativas energéticas renovables en cada localidad. A continuación se describe la metodología a seguir por etapas. Etapa 1: Diagnóstico energético, evaluación de recursos renovables y desarrollo e implementación de estrategias para el uso de tecnologías energéticas renovables en el área de estudio. Esta etapa se ejecutará durante el primer año del proyecto. Durante la misma se realizarán algunas auditorías energéticas en sitios claves, a partir de las cuales se identificarán áreas de oportunidades para la aplicación de medidas de eficiencia energética. Para ello se contará con la participación de especialistas de la UJAT, quienes aportarán sus experiencias en el tema así como los registros de mediciones realizadas por ellos durante más de dos años en diferentes instalaciones del estado. En las instalaciones objeto de estudio se realizarán las mediciones necesarias para complementar las ya realizadas por la UJAT, se revisarán los planes de mantenimiento y el estado técnico de equipos tales como motores, compresores, bombas, acondicionadores de aire, etc.; se revisará el estado de la iluminación eléctrica tanto interior como exterior, se revisará el historial de consumo de energía eléctrica y de otros portadores energéticos, entre otras acciones que nos conlleven a listar las medidas de ahorro energético que deban implementarse y con ello elaborar la cartera de proyectos correspondientes. Los sitios para la realización de los estudios de eficiencia energética serán seleccionados por los especialistas de la UJAT de conjunto con los demás especialistas del proyecto; debiéndose incluir, preferiblemente, alguna comunidad aislada de la red eléctrica nacional que cuente con algún sistema autónomo de suministro de electricidad. Esto último con el
objetivo de que los datos recopilados en ella, nos sirvan para el desarrollo de metodologías de evaluación social anticipada de proyectos de energías renovables. Para los estudios de eficiencia energética anteriormente mencionados serán elaborados y/o adaptados los formatos necesarios y se utilizarán las Normas Oficiales Mexicanas en Eficiencia Energética Vigentes [34]. En otro sentido, la evaluación de las necesidades energéticas no cubiertas en las diferentes localidades de la cuenca baja del Usumacinta, es otra de las tareas del proyecto a ejecutarse en esta etapa. Para ello se partirá de los tabulados del INEGI resultantes del censo de población realizado en el 2010, los cuales servirán para ubicar en una primera aproximación las poblaciones que no cuentan con acceso a los servicios básicos de electricidad y agua potable por tuberías y que podrían ser abastecidos mediante el uso de tecnologías renovables. También será cuantificado el uso de leña para la cocción de alimentos en las comunidades estudiadas. Las informaciones del INEGI serán corroboradas mediante fuentes de información que serán consultadas a nivel de municipios y precisadas mediante estudios de campo. Dichas necesidades energéticas se cuantificarán en esta etapa y su ubicación será geo-referenciada en la segunda etapa del proyecto. En cuanto a los recursos energéticos renovables con que se cuente en la cuenca, ellos serán evaluados cuantitativamente, centrándose nuestra atención en los recursos eólico, solar, biomásico e hidroeléctrico. Para la evaluación del recurso eólico serán utilizados modelos de micro-escala y de mesoescala, como el WASP [35] y el METEODYN [36], así como series temporales de datos de superficie y de la atmósfera libre que serán aportados por el IIE. No obstante, se prevé la adquisición de la licencia correspondiente al software METEODYN, dada la importancia que tiene para el CCGSS contar con un modelo computacional que incluya principios de mecánica de fluidos computacional. Este modelo nos permitiría realizar estudios del recurso eólico en otros sitios del sureste mexicano con topografía más o menos compleja, o con cambios bruscos en la rugosidad superficial del terreno. Una vez estudiado el recurso eólico en la cuenca mediante la utilización de los modelos antes mencionados, sus resultados serán comparados con las mediciones realizadas por la red de estaciones anemométricas que será instalada por la UJAT y por una torre meteorológica que será aportada por el IIE en calidad de préstamo, cuyas características generales son las siguientes: 1. Altura de la torre: 21 m 2. Niveles de medición: Dos niveles (10 m y 20 m) 3. Tipo de torre: Triangular, con 7 secciones de 3 m cada una y con protección contra descargas eléctricas. 4. Sensores: - Dos anemómetros de copas - Dos veletas
- Un piranómetro - Un barómetro - Un termohigrómetro 5. Variables a sensar: - Velocidad del viento - Dirección del viento - Humedad del aire - Presión atmosférica - Radiación solar - Temperatura ambiente 6. Adquisición de datos: Mediante un Sistema de Adquisición de Datos (SAD) marca CAMPBELL 7. Transmisión de datos (Dos opciones): Primera opción: Vía remota a través de internet, de contarse con este servicio a no más de 1 km de la torre meteorológica. Segunda opción: Descarga de los datos in situ. Para esto se contará con dos tarjetas con lector para descargar los datos a una Laptop, siendo necesario visitar la instalación con una frecuencia de un mes o dos meses. La micro-localización de dichas estaciones será realizada por el CCGSS, el IIE y la UJAT mediante la modelación del flujo de viento en el área de estudio y teniendo en cuenta otros factores como: existencia de necesidades energéticas no cubiertas, posibilidad de enlace de sistemas eólicos (o híbridos) a la red eléctrica, existencia de atractivos turísticos sustentables, etc. La interpretación y análisis de los resultados aportados por los modelos de micro y mesoescala será realizada con ayuda de especialistas en física de la atmósfera, que por parte del Centro de Ciencias de la Atmósfera, de la UNAM, estarán participando en el proyecto. La distribución espacial de los recursos renovables en la cuenca será visualizada en diferentes mapas, entre los cuales encontraremos los siguientes: 1. Mapas mensuales de velocidad y densidad de potencia del viento a 50 y 80 metros de altura. 2. Mapas mensuales de factores de capacidad de turbinas eólicas, seleccionadas atendiendo al recurso eólico disponible y a las necesidades energéticas a cubrir. 3. Mapas mensuales de volúmenes de agua bombeada mediante turbinas eólicas, asumiendo valores promedios de profundidad del manto freático en la zona de estudio. 4. Mapas mensuales de radiación solar global a nivel estatal, generados a partir de información climatológica histórica. 5. Mapas anuales estatales, a nivel municipal, del potencial bioenergético agrícola y pecuario, considerando información contenida en el más reciente censo agropecuario.
En paralelo con las acciones hasta aquí descritas se realizarán dos tareas muy importantes. La primera de ellas es la realización de un análisis FODA, así como la elaboración e implementación de estrategias para el desarrollo de las tecnologías energéticas renovables en la cuenca. Este análisis será realizado con la participación de todo el grupo de trabajo del proyecto, cuyo carácter transdisciplinario garantizará el éxito del mismo. Como referencia, serán utilizados análisis FODA realizados en otras partes del mundo en el ámbito de las energías renovables. Las fronteras físicas de la cuenca baja del Usumacinta (porción Tabasco) delimitarán el entorno del área a diagnosticar mediante el análisis FODA. Serán tenidos en cuenta factores de diverso carácter: social, político, legal, tecnológico, ambiental; que permitan identificar de la manera más acertada posible las fortalezas, debilidades, amenazas y oportunidades. Una vez realizado el diagnóstico FODA serán identificados los objetivos estratégicos correspondientes, las estrategias y los planes de acción a desarrollar en la cuenca baja del Usumacinta para la implementación de tecnologías energéticas renovables. Lo anterior se traduce en el diseño de estrategias de políticas energéticas sustentables para el área de estudio, mismas que podrían ser adaptadas a otras áreas de la región sur-sureste, en particular para el Estado de Tabasco. Como una consecuencia que se espera de lo anterior, y que estamos visualizando como una acción anticipada a los resultados del análisis FODA, en esta etapa del proyecto se desarrollarán acciones de educación energético-ambiental y de formación de recursos humanos especializados; acciones que continuarán durante la segunda etapa del proyecto. Las acciones de educación energético-ambiental en la cuenca, serán desarrolladas en los ámbitos de la educación tanto formal como no formal. Para ambos casos se desarrollarán propuestas de capacitación energético-ambiental, teniendo en cuenta las características específicas de las poblaciones a educar. Dichas propuestas incluirán como un elemento primordial la participación de las diferentes instituciones, organizaciones y actores sociales de las comunidades para potenciar el desarrollo energético sostenible de la cuenca. Para desarrollar la propuesta de educación energético-ambiental antes referida, se prevé la realización de una tesis de maestría en el área de las ciencias sociales. Las acciones contempladas en la propuesta que sea elaborada, serán implementadas en cuatro comunidades de la cuenca; mismas que serán seleccionadas para los estudios de factibilidad de instalación de sistemas energéticos renovables, durante la segunda etapa del proyecto. Aunado a las actividades anteriores se estará trabajando durante esta etapa y la que sigue, en el desarrollo de una metodología que permita evaluar de manera anticipada, la viabilidad social de sistemas energéticos renovables tanto aislados como enlazados a la red eléctrica nacional. Los problemas sociales ligados a la irrupción de tecnologías renovables en diferentes tipos de comunidades, han de ser atendidos con la dimensión que merecen.
Ignorarlos implica un alto riesgo para el éxito de los sistemas energéticos y no existe una metodología plenamente establecida que permita evaluar cuál sistema energético es viable instalar, desde el punto de vista social, en una determinada comunidad. Se prevé desarrollar una tesis de maestría en el tema de inclusión de variables sociales en los estudios de viabilidad de proyectos de instalación de sistemas energéticos renovables. Etapa 2: Integración de métodos de análisis multicriterio y de SIG para la selección óptima de alternativas energéticas renovables en cada localidad. Esta etapa tiene una duración de doce meses y se ejecutará durante el segundo año del proyecto. Durante la misma se continuará con la ejecución de algunas tareas iniciadas en la primera etapa (ver cronograma) y se iniciarán otras con las cuales se cumplirán los objetivos 5 y 6 del proyecto. Se realizará un estudio detallado de los principales métodos de análisis multicriterio utilizados en la ingeniería, fundamentalmente en el área energía, contándose con la participación de un especialista en el área de investigación operacional. A partir de lo anterior se seleccionarán los métodos de análisis multicriterio que mejor se adecuen a la toma de decisiones en el área de sistemas energéticos renovables, es decir, que mejor puedan resolver el problema de optimización atendiendo a las características específicas del mismo. Entre los métodos AMC que serán estudiados se encuentran: PROGRAMACIÓN COMPROMISO, ELECTRE, PROMETHEE, SUMATORIA LINEAL PONDERADA, JERARQUIAS ANALÍTICAS, etc. La matriz decisional será generada aprovechando la búsqueda enumerativa implementada en el programa HOMER V 2.68 (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) [37]. Entre los criterios a utilizar se encuentran: costo capital, costo nivelado de la energía, costo presente neto, emisiones netas evitadas en el ciclo de vida de los sistemas y la aceptación social comunitaria de las tecnologías involucradas. Además, se tendrá en cuenta la preferencia del centro decisor por uno u otro criterio. Una vez definido todo lo referente a los métodos AMC a utilizar, estos (junto con las informaciones generadas en los estudios de recursos energéticos renovables disponibles y de necesidades energéticas no cubiertas) serán integrados en un SIG cuya plataforma será la versión más reciente del ArcGis [38]. Esta tarea será llevada a cabo fundamentalmente por los especialistas del IIE y del CCGSS. La plataforma SIG desarrollada contendrá además, información geopolítica de gran importancia para el desarrollo energético sustentable de la cuenca baja del Usumacinta entre las que se encontrarán: división municipal, ríos, cuerpos de agua, áreas urbanas; así como informaciones de infraestructura como carreteras, caminos, vías acceso y dentro de lo posible de redes eléctricas existentes y sus características.
El SIG a desarrollar constituirá el principal resultado del proyecto, dada su importancia para la toma de decisiones. Con ello, el CCGSS contará con una computadora de escritorio con la capacidad de cálculo necesaria para soportar la versión digital del SIG, soportado por el software ArcGis. La última tarea del proyecto consistirá en utilizar el SIG así como la metodología desarrollada en la etapa 1 para los estudios de viabilidad social, para realizar los estudios de factibilidad de proyectos de instalación de sistemas energéticos renovables en dos comunidades de la cuenca baja. Los estudios se realizarán en las mismas comunidades que sean el escenario de las acciones de educación energético-ambiental contempladas en el proyecto. Como resultado quedarán definidos los dos proyectos técnicos correspondientes a los sistemas energéticos, optimizados con un enfoque multicriterial en cada una de las comunidades; mismos que posteriormente podrán ser incorporados a un sistema de gestión de recursos financieros para su implementación. 12. Grupo de trabajo (por instituciones participantes). 12.1. Centro de Cambio Global y la Sustentabilidad en el Sureste (CGGSS). 1. Dr. Rafael Loyola xxx 2. Dr. Ricardo Vázquez xxx 3. xxx 4. xxx 5. xxx 12.2. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco (UJAT). 1. Luis Manuel López Manrique 2. José Ramón Laines Canepa 3. xxx 4. xxx 12.3. Centro de Investigación en Energía (CIE-UNAM). 1. Dra. Julia Tagueña Parga 2. Dr. Sebastián Pathiyamattom Joseph 3. Dr. Claudio Alejandro Estrada Gasca 4. Dr. Jorge Marcial Islas Samperio 12.4. Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). 1. Dr. Ricardo Saldaña Flores 2. M.C. Ubaldo Miranda Miranda 12.5. Universidad del ISTMO de Tehuantepec (UNISTMO). 1. Dr. Orlando Lastres Danguillecourt 2. M.C. Rafael Dorrego Portela 3. M.C. Airel Núñez Rodríguez 12.6. Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). 1. Por definir