METODOLOGÍA PARA UN PROYECTO SOSTENIBLE DE ENERGÍA COMUNITARIA EN EL RESGUARDO INDÍGENA AICO, DEPARTAMENTO DEL
TOLIMA.
NATALIA LUCIA RONDÓN FLÓREZ JUAN SEBASTIÁN BEDOYA FIERRO
ISAÍAS QUITORA MENDOZA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA ELÉCTRICA POR CICLOS PROPÉDEUTICOS BOGOTÁ D.C.
METODOLOGÍA PARA UN PROYECTO SOSTENIBLE DE ENERGÍA COMUNITARIA EN EL RESGUARDO INDÍGENA AICO, DEPARTAMENTO DEL
TOLIMA.
NATALIA LUCIA RONDÓN FLÓREZ JUAN SEBASTIÁN BEDOYA FIERRO
ISAÍAS QUITORA MENDOZA
TRABAJO DE GRADO Presentado como requisito
Para optar el título de Ingeniero Eléctrico
DIRECTORA:
CLARA ÍNES BURITICÁ ARBOLEDA Ingeniera Electricista
PhD.Gestión Eficiente de la Energía Eléctrica
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA ELÉCTRICA POR CICLOS PROPÉDEUTICOS BOGOTÁ D.C.
Nota de aceptación
Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Distrital Francisco José de Caldas para optar al título de Ingeniero Eléctrico.
PhD. Ing. Clara Inés Buriticá Arboleda Directora
ii
DEDICATORIA
A Dios por su amor incondicional y por su fidelidad, le agradecemos por apoyarnos en este sueño. A nuestras familias, y a quienes ahora hacen parte de ella. A la comunidad Indígena Aico por compartir su territorio y brindar su apoyo. A los niños de la comunidad, quienes, con su respuesta positiva, lograron que este proyecto tuviera sentido. A todos los que han aportado su semilla y han compartido un poco de su luz.
Natalia, Sebastián e Isaías.
A mi madre Ana lucia Flórez, quien ha sido mi ángel aquí en la tierra y me guía con su luz en cada paso que doy, gracias por impulsarme para lograr mis metas. A mi esposo Sergio Suarez, y a mis hermanos, por ser mi apoyo durante la carrera.
Natalia.
A mi amada madre Olga Fierro Guzmán, y a quien ha hecho sus veces, mi hermosa abuela, Beatriz Guzmán de Fierro. Les amo con todo lo que soy.
Sebastián.
A mi madre Paulina Mendoza y a mi padre Darío Quitora por su apoyo incondicional.
iii
AGRADECIMIENTOS
Nuestros más sinceros agradecimientos a quienes se han dejado cautivar por esta iniciativa para llevar energía a las poblaciones más vulnerable. Especialmente a nuestra directora Clara Inés Buriticá Arboleda, quien siempre creyó en nosotros y hoy trabaja de nuestra mano, para brindar soluciones de energía eléctrica y bienestar social a las comunidades más olvidadas. También, nuestros más sinceros y amorosos agradecimientos a: Paulina Mendoza, Linda Vanessa Bedoya, Diana Fierro, Darío Quitora, Juan Pablo Romero, Alfonso Rico, Timoteo Torres, Irene de Torres, Laura Cadena, Andrea Carmona, Sofía Barrera, Robinson Jaramillo y Sergio Suarez, quienes nos brindaron su hospitalidad, amor, apoyo y motivación, para lograr los mejores resultados.
iv CREG: Comisión de Regulación de Energía y Gas.
FAER: Fondo de Apoyo Financiero para la Energización de las Zonas Rurales Interconectadas.
FAZNI: Fondo de apoyo financiero para la energización de las zonas no interconectadas. FNCE: Fuentes no Convencionales de Energía.
FNCER: Fuentes no Convencionales de Energía Renovable. FONADE: Fondo Financiero de Proyectos de Desarrollo. GEI: Gases de efecto invernadero.
HSP: Horas Sol Pico.
IAP: Investigación Acción Participativa.
IPSE: Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para las Zonas no Interconectadas.
MADS: Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible.
MIDEA: Metodología Incluyente de Desarrollo Energético Alternativo. MGA: Metodología General Ajustada.
MME: Ministerio de Minas y Energía. MML: Metodología del Marco Lógico. NBI: Necesidades básicas insatisfechas. PERS: Plan de Energización Rural Sostenible. PIEC: Plan Indicativo de Expansión de Cobertura.
SE4ALL: Sustainable Energy for All(Energía Sostenible para Todos). SGR: Sistema General de Regalías.
SIN: Sistema Interconectado Nacional.
TSRF: Total Solar Resource Fraction (Fracción Total del Recurso Solar). UPME: Unidad de Planeación Minero Energética.
ZNI: Zonas no Interconectadas.
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Tabla de contenido
Abreviaturas ... iv
Resumen ... ix
Abstract ... xi
Planteamiento del problema ... xiii
Objetivos ... xviii
1. ¿Por qué surge la idea de realizar una metodología para un proyecto sostenible de energía comunitaria? ... 1
2. Acercamiento a la comunidad y levantamiento de información ... 5
2.1. Acercamiento a la comunidad ... 5
2.2 Reconocimiento del territorio. ... 6
2.3. Recopilación y sistematización de la información. ... 8
2.4. Necesidades básicas identificadas... 10
3. Metodología para un Proyecto Sostenible de Energía Comunitaria en el Resguardo Indígena Aico, Departamento del Tolima. ... 13
3.1. ¿Qué es la Energía Comunitaria? ... 13
3.2.. La Innovación: Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo (MIDEA). ... 14
4. Validación Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo - MIDEA. ... 19
4.1. Etapa de Idea ... 19
4.1.1. Identificación de las necesidades energéticas ... 19
4.1.2. Banco de necesidades energéticas ... 19
4.1.3. Priorización de las necesidades energéticas ... 20
4.1.4. Socialización de la iniciativa ... 20
4.2. Etapa inicial ... 21
4.2.1. Constitución del Comité de Energía ... 21
4.2.2. Elaboración del cronograma de actividades ... 22
4.2.3. Evaluación de las Fuentes no Convencionales de Energía Renovable (FNCER) ... 22
4.2.3.1. Evaluación de la energía solar fotovoltaica para el Resguardo Indígena Aico .... 23
4.2.3.2. Evaluación del recurso eólico para el Resguardo Indígena Aico ... 23
4.2.3.3 Evaluación de la Biomasa para el Resguardo Indígena Aico ... 24
4.2.3.4. Evaluación para la implementación de pequeño aprovechamiento hidroeléctrico ... 26
vi
4.3. Etapa del Emprendimiento ... 30
4.3.1. Caracterización de las necesidades de energía eléctrica ... 30
4.3.1.1. Proyección de la demanda energética ... 32
4.3.2. Diseño de la solución energética ... 33
4.3.2.1. Evaluación del recurso solar ... 33
4.3.2.2. Tipo de interacción con la red ... 34
4.3.2.3 Dimensionamiento del arreglo fotovoltaico ... 35
4.3.2.4. Selección del Arreglo Fotovoltaico ... 37
4.3.2.5. Selección del Banco de Baterías ... 38
4.3.2.6. Selección del Inversor – Controlador ... 38
4.3.2.7. Plano eléctrico del sistema solar fotovoltaico diseñado ... 39
4.3.2.8. Diseño estructural del sistema solar fotovoltaico diseñado ... 41
4.3.2.9. Plano de la instalación eléctrica para la escuela Guatavita Tua. ... 41
4.3.2.10. Medición de Resistividad del Terreno ... 44
4.3.2.11. Cálculo de la Puesta a Tierra ... 46
4.3.3. Presupuesto y búsqueda de recursos económicos. ... 47
4.4. Etapa de Implementación. ... 48
4.4.1. Análisis de riesgos: ... 48
4.4.2. Instalación de la solución energética. ... 50
4.4.3. Puesta en marcha ... 51
4.5. Etapa de supervisión y control. ... 51
4.5.1. Creación de una cooperativa energética ... 52
4.6. Etapa del Empoderamiento de la comunidad... 52
Análisis Financiero ... 57
Evaluación Ambiental ... 61
Lecciones Aprendidas ... 63
Conclusiones ... 65
vii ÍNDICES DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación de la población por rango de edades ... 8
Tabla 2. Rangos de escolaridad de la población ... 9
Tabla 3. Personas con NBI en el departamento del Tolima ... 11
Tabla 4. Necesidades básicas insatisfechas en el municipio de Ortega ... 11
Tabla 5. Biomasa residual del sector agrícola en el departamento del Tolima ... 25
Tabla 6. Biomasa residual del sector pecuario en el departamento del Tolima ... 26
Tabla 7. Criterios a evaluar con la Metodología Multicriterio... 29
Tabla 8. Cuadro de cargas del prototipo solar a instalar ... 31
Tabla 9. Consumo básico de subsistencia. ... 32
Tabla 10. Perdidas de energía a tener en cuenta en el diseño fotovoltaico. ... 36
Tabla 11. Cálculo de la energía real requerida. ... 37
Tabla 12. Dimensionamiento del arreglo fotovoltaico ... 37
Tabla 13. Dimensionamiento del banco de baterías ... 38
Tabla 14. Medición de resistividad del terreno obtenida con el Telurometro Metrel MI2088 .... 45
Tabla 15. Cálculo de la resistividad aparente del suelo. ... 46
Tabla 16. Registro de actividades de capacitación ... 53
Tabla 17. Relación de costos del sistema solar diseñado ... 57
Tabla 18. Relación de costos cotizados para la obra eléctrica. ... 59
Tabla 19. Relación de costos componente de capacitación. ... 59
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Panorama general de las Zonas no Interconectadas (ZNI) en Colombia. ... xiii
Figura 2. Escuelas sin conexión a energía eléctrica en Iberoamérica ... xv
Figura 3. Ubicación geográfica del departamento del Tolima y el municipio de Ortega. ... xvi
Figura 4. Estado de una de las aulas de la escuela Guatavita Tua sede Aico. ... xvii
Figura 5. Estado actual de los baños de la escuela Guatavita Tua sede Aico. ... xvii
Figura 6. Registro fotográfico sistemas solares abandonados en la Amazonia Colombiana. ... 2
Figura 7. Sistema solar fotovoltaico fuera de funcionamiento en la comunidad Paloma. ... 3
Figura 8. Jornada de socialización y apertura de la investigación. ... 6
Figura 9. Recorrido desde Bogotá D.C. hasta la cabecera municipal más cercana. ... 6
Figura 10. Distancias lineales entre la escuela, las cabeceras municipales más cercanas y los posibles puntos de conexión a la red. ... 7
Figura 11. Número de personas por rango de edades. ... 9
Figura 12. Número de personas por nivel de escolaridad. ... 10
Figura 13. Diagrama de flujo del concepto de Energía Renovable Comunitaria. ... 14
Figura 14. Logo de la Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo. ... 15
Figura 15. Esquema de la Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo. 16 Figura 16. Diagrama de flujo de la Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo – MIDEA. ... 17
Figura 17. Cronograma de actividades para la electrificación de la escuela Guatavita Tua. .... 22
Figura 18. Mapa de brillo solar (HSP) promedio multianual... 23
viii
Figura 20. Fuentes de biomasa residual identificado en el Resguardo Indígena Aico. ... 25
Figura 21. Mapa del recurso hídrico en el Resguardo Aico. ... 26
Figura 22. Selección de la mejor alternativa para energización en la comunidad Aico. ... 28
Figura 23. Análisis multicriterio de alternativas energéticas para ZNI. ... 29
Figura 24. Curva de energía diaria consumida. ... 31
Figura 25. Proyección de la demanda de energía con un consumo básico de subsistencia. ... 33
Figura 26. Irradiación solar en la zona de estudio [HSP] durante el año 2015. ... 34
Figura 27. Esquema de conexión para el prototipo de la escuela Guatavita Tua. ... 35
Figura 28. Plano eléctrico del sistema solar fotovoltaico diseñado. ... 40
Figura 29. Diseño del sistema solar fotovoltaico para la escuela Guatavita Tua Sede Aico. ... 42
Figura 30. Plano de la instalación eléctrica para la escuela Guatavita Tua. ... 43
Figura 31. Esquema del método de medición de la resistividad del terreno. ... 44
Figura 32. Rutas en las que se midieron la resistividad del terreno. ... 44
Figura 33. Registro fotográfico de la medición de la resistividad del terreno. ... 45
Figura 34. Posibles fuentes de financiamiento. ... 48
Figura 35. Formato de Análisis de Riesgo por Oficio... 49
Figura 36. Prototipo instalado en la Escuela Guatavita Tua. ... 50
Figura 37. Jornada de diagnóstico de conocimientos previos. ... 54
Figura 38. Participación de los niños en la jornada de capacitación. ... 55
Figura 39. Participación de los adultos en la jornada de capacitación. ... 56
Figura 40. Jornada de empoderamiento a la comunidad... 56
Figura 41. Gráfico de flujo de caja acumulado. ... 58
Figura 42. Gráfico comparativo de emisiones de GEI (t CO2) anual. ... 61
Figura 43. Síntesis de las principales lecciones aprendidas. ... 64
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Registro audiovisual de la investigación previa en la Amazonia Colombiana. Anexo 2. Acta de constitución del proyecto con la comunidad indígena Aico.
Anexo 3. Formato de encuesta para establecer las necesidades de energía eléctrica. Anexo 4. Análisis multicriterio de alternativas energéticas para ZNI.
Anexo 5. Proyección de la demanda de energía eléctrica para el resguardo Aico (UPME). Anexo 6. Dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico para la escuela Guatavita Tua. Anexo 7. Análisis de riesgo por Oficio – MIDEA.
Anexo 8. Primer cortometraje de la transferencia tecnológica. Anexo 9. Segundo cortometraje de la transferencia tecnológica. Anexo 10. Registro fotográfico del proyecto.
ix
El principal propósito de esta investigación es desarrollar una metodología para que las poblaciones sin el servicio de energía eléctrica propongan sus propias iniciativas de energización, haciendo uso de fuentes no convencionales de energía renovable. Para tal fin, se propone el acompañamiento de un equipo técnico interdisciplinario, que apoye la implementación de las soluciones energéticas concertadas con la comunidad. Se toma como caso de estudio el Resguardo Indígena Aico, ubicado en el departamento del Tolima, en el que no se cuenta con los servicios básicos de: energía eléctrica, acueducto y alcantarillado, saneamiento básico, telecomunicaciones y educación secundaria. Durante el desarrollo de la investigación, se realizan actividades de campo y trabajo colaborativo con la comunidad Indígena, lo que permite una construcción participativa de la metodología.
La metodología desarrollada acoge el nombre de: Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo (MIDEA), y presenta el procedimiento que se propone para la realización de un Proyecto Sostenible de Energía Comunitaria. MIDEA plantea un enfoque incluyente que posibilite el empoderamiento de las comunidades y de esta manera se garantice la sostenibilidad de las iniciativas. Adicionalmente, MIDEA es validada mediante el estudio de caso de la electrificación de la escuela primara del Resguardo Indígena, para lo que se hace: la caracterización de las necesidades de energía eléctrica, la evaluación del potencial de los recursos de energía renovable no convencional disponibles en la zona y se selecciona la mejor alternativa para la electrificación de la escuela; todo esto con la participación activa de la comunidad. Posteriormente se diseña un sistema solar fotovoltaico que supla parte de las necesidades de
x
energía eléctrica y se evalúa la factibilidad de la solución energética. Finalmente, se realizan capacitaciones básicas en energías renovables no convencionales a niños y adultos, a fin de iniciar la transferencia tecnológica que permita la sostenibilidad del proyecto.
Palabras Clave
xi
The main purpose of this research is to develop a methodology in order that the populations without power energy supply are able to propose their own projects to obtain it by using non-conventional sources of renewable energy supply. To achieve this, it is proposed the counseling of an interdisciplinary technical team supporting the set up for the energy supply solution chosen with the community. It is taken as particular case to study the Aico indigenous shelter, located in the Tolima department in Colombia. This shelter has not the basic public utilities: energy power supply, water and sewage, telecommunications nor high school. For developing the methodology it was done field activities and collaborative work with the indigenous community, this allows to build the methodology taking into account the participation of the people.
The developed methodology is named: Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo (MIDEA) –Inclusive Methodology for the Alternative Energy Development-, and it presents the procedure proposed to perform a sustainable project of community power supply. MIDEA proposes an inclusive approach that makes possible the empowerment of the energy supply solution by the people, and this way it ensures the sustainability of the power supply project. In addition, MIDEA is a validated by the case study concerning the electrification of the elementary school in the indigenous shelter Aico. For doing this, first is assessed the energy supply needs, then is assessed the non-conventional renewable resources availability in the area, and then is chosen the best option to bring the needed energy supply to the school; all this is done with the active participation of the interested population. After the best choice is selected, it is designed a photovoltaic solar system to fulfill part of the power supply
xii
needs and is evaluated the feasibility of the solution. Furthermore, it is made a basic training directed to children and adults; this is done to begin with the technology transfer process of the power supply solution.
Key words
xiii
Para comenzar, el acceso a la energía eléctrica es una problemática que aún se presenta como uno de los grandes retos para la humanidad, debido a que, la electricidad influye de forma relevante en el desarrollo de las distintas comunidades y actualmente existe un elevado número de personas sin este servicio. Se estima que a inicios del 2015 hay cerca de 1.100 millones de personas sin electricidad a nivel mundial y unos 3.000 millones de personas que cocinan con combustibles contaminantes (ONU, 2015).
En este orden de ideas, los países en vía de desarrollo contribuyen en gran medida con esta cifra, por ejemplo, en América Latina y el Caribe, se estima que aún existen 31 millones de personas sin energía eléctrica, de las cuales 26 millones de personas están ubicadas en zonas rurales (IEA, 2011). Así mismo, en Colombia también existe un reto importante debido a que el 52% del territorio nacional pertenece a las Zonas no Interconectadas (ZNI), en las que habitan cerca 1.296.000 personas que no cuentan con el servicio de energía eléctrica (IPSE, 2014). Para ilustrar, en la Figura 1 se presenta las zonas que no cuentan con el servicio de energía eléctrica en Colombia.
Fuente: (IPSE, 2014).
Planteamiento del problema
xiv
Para el caso colombiano existen diferentes razones que explican el panorama antes presentado, entre ellas, debido a que los usuarios se encuentran ubicados en áreas dispersas y de difícil acceso, lo que dificulta la extensión de la red eléctrica. Adicionalmente, la inversión suele ser elevada y el retorno de la misma es, en algunos casos, inviable por los bajos consumos de energía y los altos costos en infraestructura, manteamiento de redes, dificultad para la facturación y recaudo de los pagos; en este sentido, no es económicamente rentable prestar el servicio, por lo tanto, son costos que tiene que asumir el estado para garantizar el servicio en estas zonas aisladas.
Además, según el Plan Indicativo de Expansión de la Cobertura de Energía Eléctrica 2013-2017 (PIEC), desarrollado por la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), se plantea que para el año 2014 aún existen 470.244 viviendas sin cobertura. Para dar solución a esta problemática, se propone un escenario de Universalización de la energía, para el que se requiere al menos 4.318.858 millones de pesos para alcanzar este objetivo; de los cuales, tan solo 463.603 millones de pesos, que equivale al 10,73%, serian invertidos por los operadores de red, el restante debe ser cubierto con recursos del estado (UPME, 2014).
xv
Para ilustrar, en la Figura 2 se presenta un panorama de las escuelas sin el servicio de energía eléctrica en Iberoamérica, donde Colombia se ubica en el puesto número seis de los países con mayor cantidad de escuelas sin electricidad (OEI, 2012).
Fuente: (OEI, 2012)
Especialmente, en el Resguardo Indígena Aico, ubicado en el municipio de Ortega Tolima, se presenta la problemática mencionada anteriormente, la cual afecta a 52 familias que equivalen a 250 personas sin el servicio de energía eléctrica. A fin de dar un referente geográfico de la comunidad indígena Aico, en la Figura 3 se presenta la ubicación del departamento del Tolima y la ubicación del municipio de Ortega.
xvi
Fuente. Adaptación propia de (Maps, 2016, pág. Google)
Adicional a la problemática presentada, la comunidad no cuenta con los servicios básicos de: acueducto, alcantarillado, saneamiento básico, telecomunicaciones y educación secundaria; también, las vías de acceso están en un estado deficiente, lo que dificulta la movilidad de la población para el abastecimiento de los alimentos y para acceder a los servicios de salud. Todavía más, el estado de las instalaciones de la escuela Guatavita Tua sede Aico evidencia que no se cuenta con las condiciones mínimas para una educación de calidad. En la Figura 4 se presenta el estado de una de las aulas de la escuela, a junio de 2015.
Finalmente, existe un gran reto para contribuir a la mejora de las condiciones de vida de la comunidad Aico y para garantizar el empoderamiento de la comunidad de las soluciones existentes. Ya que, en algunas ocasiones cuando se brindan herramientas que dan respuesta a sus
xvii
necesidades, algunas no son las más adecuadas o el acompañamiento para asegurar la sostenibilidad de las mismas es deficiente. Lo anterior se evidencia en la Figura 5, en la que se presenta el estado actual de los baños de la escuela que se encuentran deshabilitados.
Fuente. Registro fotográfico propio (junio de 2015).
Fuente. Registro fotográfico propio (junio de 2015).
Figura 4. Estado de una de las aulas de la escuela Guatavita Tua sede Aico.
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General
Desarrollar una metodología para un proyecto sostenible de energía comunitaria en el Resguardo Indígena Aico, departamento del Tolima.
Específicos
1. Evaluar los recursos de energía alternativa de mayor potencial energético en la zona de estudio y las necesidades de electrificación de la escuela Guatavita Tua del Resguardo Indígena Aico.
2. Diseñar un sistema de suministro eléctrico, conforme a las consultas y acuerdos realizados con la comunidad y al diagnóstico previo de la demanda eléctrica de la escuela Guatavita Tua.
3. Sistematizar el procedimiento seguido para el desarrollo de un proyecto sostenible de electrificación rural con enfoque comunitario, que permita ser replicable y escalable en el tiempo, según el marco normativo y legal vigente.
4. Validar la metodología diseñada mediante el estudio de caso de la electrificación de la escuela Guatavita Tua, del Resguardo Indígena Aico, bajo lineamientos económicos y sociales.
1
Preliminarmente se indicó la problemática de acceso a energía eléctrica que se tiene a nivel mundial y en el caso específico colombiano. También, se ha dicho que existe una estrecha relación entre el desarrollo social de una población y los servicios básicos de energía eléctrica, agua potable, salud y educación de calidad. Pero, perdura una motivación que incentiva el desarrollo de la presente metodología para un proyecto sostenible de energía comunitaria y es el hecho de la sostenibilidad de los proyectos, en los lugares cuyo acercamiento con la tecnología ha sido mínimo. Es por ello, que muchas veces las adaptaciones de recursos no son del todo aprovechadas y, además, no comparte la visión de desarrollo para una sociedad. Este es el caso de un gran número de comunidades Indígenas en Colombia. Adicionalmente, existe un factor perjudicial para las congregaciones vulnerables y es el hecho de establecer proyectos que permitan el asistencialismo sin vincular a los habitantes del sector, debido a que, en algunos casos, no se valoran las soluciones. Por lo tanto, la población debe estar interesada y participar activamente en los proyectos para que estos sean sostenibles.
Previo al desarrollo de la presente metodología, se realizó una investigación preliminar en las comunidades indígenas Paloma, la Ceiba y Remanso ubicadas en el Río Inírida departamento de Guainía (Amazonia Colombiana), en la que se evidenció proyectos de energías solar fotovoltaica que no perduraron en el tiempo, debido a que no existió un acompañamiento y empoderamiento de la comunidad de la solución energética. En la Figura 6 se presenta un registro
2
fotográfico de sistemas solares fotovoltaicos para servicio de telecomunicaciones que no perduraron en el tiempo, en comunidades indígenas ubicadas en el departamento de Guainía.
Fuente. Registro propio (septiembre de 2015).
En el caso específico de la comunidad indígena Paloma ubicada en el Río Inírida, se instaló un sistema solar fotovoltaico para la escuela que no perduraron en el tiempo debido a que pasado un año de su instalación el sistema dejo de funcionar, teniendo en cuenta que la vida útil de los paneles solares puede exceder los veinte años, y la de las baterías pueden llegar a los cinco años (en promedio), se puede evidenciar la gravedad del asunto. En la Figura 7 se presenta el sistema solar para la escuela que esta fuera de funcionamiento.
Adicionalmente, la institución cuenta con una planta de generación a combustión interna, la cual tiene como función proveer de energía eléctrica a la escuela, sin embargo, la dificultad para suministrar diésel y realizar el mantenimiento hace que se cumplan largos periodos sin energía; por ejemplo, para la visita de septiembre de 2015 se cumplían seis meses sin combustible. Finalmente, se invita al lector a observar el registro audiovisual que se encuentra en el Anexo 1,
3
donde uno de los representantes de la comunidad expone la problemática de su población, en español y en lenguaje nativo Kurripako.
Fuente. Registro propio (septiembre de 2015).
Actualmente la tecnología para aprovechar las fuentes no convencionales de energía renovable (FNCER) ha avanzado en gran medida. Hoy en día, se encuentran paneles solares de mayor eficiencia, aerogeneradores para aplicaciones de baja potencia y gran cantidad de mejoras en esta área. Sin embargo, si los conocimientos con respecto a las nuevas tecnologías no son transmitidos a la comunidad y esta no se apropia de ello, los esfuerzos y el trabajo realizado para la mejora de las condiciones de vida serán en vano. Por lo tanto, es necesario desarrollar iniciativas que permitan empoderar a la comunidad, realizar transferencia de la tecnología y de esta manera se posibilite el desarrollo sostenible para la población.
5
Según lo expuesto anteriormente, es necesario involucrar a la comunidad en el desarrollo de un proyecto de energía eléctrica, por lo tanto, el enfoque de energía comunitaria posibilita que sea la población directamente involucrada, quienes se reúnan, identifiquen sus necesidades y trabajen conjuntamente por el propósito de mejorar su calidad de vida. De tal manera, con una población organizada por un objetivo común, es más probable solicitar y que se brinde apoyo técnico y financiero para la ejecución de los proyectos. A continuación, se presenta el trabajo desarrollado conjuntamente con la comunidad Indígena Aico, para la construcción de una metodología que permita implementar proyectos sostenibles de energía comunitaria.
2.1.
Acercamiento a la comunidad
La etapa de socialización es un componente principal para la aceptación del proyecto y para la selección de la mejor alternativa. Para el caso colombiano, cuando se plantea desarrollar proyectos de explotación y/o de desarrollo que intervengan el territorio de grupos étnicos (Indígenas, Afrodescendientes, Raizales y Palanqueros), se debe realizar un procedimiento de Consulta Previa ante el Ministerio del Interior; en el que la comunidad debe aprobar el proyecto, debido a la autonomía y soberanía con la que cuentan. En el caso que la comunidad sea quien propone el proyecto, y entre un grupo técnico acompañante, se permite realizar un proceso denominado Consentimiento Informado (Rodríguez, 2014); en el Anexo 2 se presenta el Acta de inicio de la investigación, firmada por los miembros del cabildo indígena, donde se manifiesta el consentimiento de la comunidad para el desarrollo de la investigación. En la Figura 8 se presenta un registro fotográfico de la reunión inicial de socialización y apertura de la investigación.
6
Fuente. Registro propio (octubre 2015).
2.2.
Reconocimiento del territorio.
A continuación, se presenta el reconocimiento del territorio del resguardo Indígena, que se realizó con acompañamiento de los líderes de la comunidad. Para llegar al resguardo desde la ciudad de Bogotá D.C., se debe hacer un recorrido de aproximadamente tres horas y media en carretera hasta el municipio de Coyaima. En la Figura 9 se presenta el recorrido hasta la cabecera municipal más cercada al resguardo Indígena.
Fuente. (Maps, 2016, pág. Google).
Figura 8. Jornada de socialización y apertura de la investigación.
7
Si bien, el Resguardo Aico pertenece al municipio de Ortega, la cabecera municipal más cercada es Coyaima, por lo tanto, el ingreso se realiza por esta zona. Posteriormente, se debe cruzar en lancha el Río Saldaña, y de allí, se realiza una caminata aproximada de dos horas de recorrido por un terreno árido de poca vegetación. Debido a que las vías de acceso están en un deficiente estado, solo es posible llegar a la escuela caminando o cabalgando. Adicionalmente, la comunidad no cuenta con educación secundaria, por lo que los estudiantes que deseen finalizar sus estudios, tienen que realizar largas caminatas diarias, que van entre una y dos horas por recorrido.
Posteriormente, se realizó la georreferenciación de la escuela y de tres transformadores de distribución circundantes, con un GPS Garmin 60CSX, los resultados son presentados en la Figura 10, donde se evidencian la ubicación de la escuela y la distancia entre las cabeceras municipales más cercanas y los posibles puntos de conexión a la red.
Fuente: Adaptado de (Maps, 2016).
8
Se identificó que, en las comunidades vecinas, cuenta con energía eléctrica y que la distancia de los transformadores circundantes es de: 1.5 km, 1.6 km y 2.1 km respectivamente. Sin embargo, son transformadores de baja potencia, dos de ellos de 5 kVA y uno de 15 kVA, que no alcanzan a suplir energía para el resguardo.
2.3.
Recopilación y sistematización de la información.
Luego de socializar el proyecto, la comunidad suministra el último censo realizado por las autoridades del resguardo, mediante el cual se estudian las características y necesidades de la población. En la Tabla 1 se recopilan las principales estadísticas tomadas del censo suministrado por el gobernador de la comunidad Indígena.
Fuente. (“Censo Resguardo Indígena Aico,” 2013)
RECOPILACIÓN DE DATOS SUMINISTRADOS POR LA COMUNIDAD AICO RANGOS DE EDADES
Número de familias: 52 - Número de personas: 250
Edades (Años) Número de personas
0-5 19
6-12 39
13-18 32
19-40 107
41-60 37
>60 16
En la Figura 11 se presenta gráficamente el número de personas por rango de edad. Se puede evidenciar que 90 habitantes, correspondientes al 36% de la comunidad, son de la primera infancia, niños y adolescentes, por lo tanto, tienen la necesidad inmediata de recibir una educación básica y media de calidad dentro de su territorio. Adicionalmente, el 64% de los habitantes son mayores de 18 años, y tienen la necesidad de capacitarse para el mundo laboral.
9
Fuente. Elaboración propia
También se realiza el análisis de escolaridad en la comunidad Indígena Aico. En la Tabla 2 se presenta los rangos de escolaridad de la población.
Fuente. (“Censo Resguardo Indígena Aico,” 2013)
RECOPILACIÓN DE DATOS SUMINISTRADOS POR LA COMUNDAD AICO SEGÚN CENSO 2013, RANGO DE ESCOLARIDAD
Número de familias: 52 - Número de personas: 250
Nivel de escolaridad Número de personas
Ninguna 39
Primaria 183
Bachiller 22
Técnico 2
Tecnológico 4
Pregrado 0
.
Según las cifras presentadas en la Tabla 2 y analizando la gráfica que se presenta en la Figura 12 que presenta la información organizada del nivel de escolaridad de la población del
19
39
32
107
37 16
Número de personas por rango
de edades
0-5 6-12 13-18 19-40 41-60 >60Figura 11. Número de personas por rango de edades.
10
Resguardo Indígena Aico; se puede deducir que es preocupante que solamente el 11.2 % de la población logra terminar el bachillerato y el 2.4% logró realiza estudios técnicos y tecnológicos. Adicionalmente, el 73.2% de las personas solo cuentan con educación básica primaria y un 15.6% no posee escolaridad. Se ha identificado que el mayor obstáculo para que haya un índice de escolaridad bajo, es la distancia el resguardo con respecto a los centros urbanos, ya que se debe realizar largas caminatas, en algunas ocasiones de hasta dos horas, para poder llegar a la escuela secundaria más cercana.
Fuente. Elaboración propia
2.4.
Necesidades básicas identificadas
Otro aspecto que llama la atención es el panorama de las Necesidades Básicas Insatisfechas (NBI) para el departamento del Tolima, y para el municipio de Ortega; en donde se encuentra ubicado el Resguardo Indígena Aico. En la Tabla 3 se observa que para el departamento el Tolima, se calcula una proporción del 50,92% de personas con NBI que están ubicadas en zonas rurales.
39
183 22
2 4 0
Número de personas por nivel de
escolaridad
Ninguna Primaria Bachiller Técnico Tecnológico Pregrado
11
Adicionalmente, en las cabeceras municipales se tiene un estimado de 19,68% de personas con NBI. Finalmente, se calcula que hay un total de 29,85% de población en todo el departamento, en las mismas condiciones. Por lo tanto, se puede deducir que hacen falta esfuerzos para poder brindar calidad de vida a la población, sobre todo, en la zona rural del departamento.
Fuente.(DANE, 2011)
Personas en NBI en el Departamento del Tolima
Cabecera Resto Total
Prop (%) Prop (%) Prop (%)
19,68 50,92 29,85
El panorama de NBI para el municipio de Ortega es similar y se agudiza esta situación, debido a que se aumenta a un 70.7% de personas con NBI ubicadas en áreas rurales. También, se puede evidenciar, de manera desagregadas, las necesidades insatisfechas en el área rural del municipio de Ortega. En la Tabla 4 se presenta la información por cada componente, en donde el componente de servicios se encuentra en un 27,39% insatisfecha y el componente de mayor impacto es la vivienda, con un 43,75% de población en NBI.
Fuente. (DANE, 2011)
Municipio de Ortega Tolima - Personas en NBI
Cabecera Rural Total
Prop (%) Prop (%) Prop (%)
43,65 70,70 64,04
Necesidades Básicas Insatisfechas Área Rural Personas en NBI (%) Personas en miseria (%) Compon. vivienda (%) Compon. Servicios (%) Compon. Hacinamiento (%) Compon. Inasistencia (%) Compon. dependencia económica (%)
70,70 39,42 43,75 27,39 26,72 6,64 28,16
Tabla 3. Personas con NBI en el departamento del Tolima
13
3.1. ¿Qué es la Energía Comunitaria?
Una buena definición de energía comunitaria es citada a continuación:
“Energía Comunitaria significa que los miembros de la comunidad son propietarios del
proyecto y ejercen cierto control sobre él, ya sea mediante una cooperativa o como grupo de propietarios de los terrenos en que se asienta un proyecto, como propietarios de una pequeña empresa o como residentes y dueños de los hogares que viven y trabajan con la instalación directamente” (Comisión para la Cooperación Ambiental, 2010).
Adicionalmente, la energía comunitaria debe necesariamente conducir al desarrollo sostenible de una población. Para ello, se requiere llevar a cabo proyectos integrales, en los que la comunidad se vincule y se apropie de la tecnología, con el objetivo de generar soluciones sostenibles a largo plazo. Los proyectos de energía renovable, deben en primera medida suplir las necesidades básicas de electrificación para: salud, educación de calidad y seguridad alimentaria. Posteriormente, se deben llegar al proceso de energización, mediante la realización de proyectos productivos, que permitan el desarrollo económico de una población. Finalmente, es debido decir, que un componente que siempre debe tenerse en cuenta, es el uso inteligente de la energía eléctrica. En la Figura 13, se presenta el diagrama de flujo de la energía renovable comunitaria, en el que se evidencia los componentes claves para que se permita el desarrollo sostenible de una comunidad.
14
Fuente. Elaboración propia.
3.2.
La Innovación: Metodología Incluyente para el Desarrollo
Energético Alternativo (MIDEA).
La Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo MIDEA, cuyo enfoque es el desarrollo de Proyectos Sostenibles de Energía Comunitaria, expone un planteamiento de autogestión por parte de la comunidad interesada. Lo que se plantea es incentivar la realización de proyectos, ofreciendo acompañamiento técnico, para que de esta manera se puedan aprovechar los saberes de la población y vincularlos a la técnica. Esto posibilita que la comunidad se apropie de la solución y el proyecto de energía renovable comunitaria perdure en el tiempo. Por lo tanto, es fundamental brindar conocimiento a las comunidades, y éste no necesariamente debe ser especializado, pero sí, debe brindar fundamentos prácticos para la toma de decisiones. La metodología desarrollada es una herramienta diseñada para ser usada por las comunidades, que está basada en lineamientos de los Planes de Energización Rural Sostenible (UPME, 2015), la Metodología del Marco Lógico (CEPAL, 2005) y la Guía para la Gestión de Proyectos de Desarrollo (BID, 2015); adicionalmente, es elaborada basándose en las visitas y el trabajo de campo con la comunidad indígena Aico, haciendo parte de un trabajo colaborativo. El
15
planteamiento de la metodología MIDEA, establece que no debe ser una estructura rígida, sino que se puede ajustar a las necesidades y condiciones propias de cada población.
En la Figura 14 se presenta el logo de la metodología desarrollada en la presente investigación.
Fuente. Elaboración propia
El valor agregado de MIDEA, es ofrecer una herramienta para que la comunidad interesada en un Proyecto Sostenible de Energía Renovable Comunitaria, identifique una necesidad, generar una idea, organizarse comunitariamente, proponga las mejores soluciones, gestione sus propios proyectos y se apropie del conocimiento. Todo esto, con el debido acompañamiento de un equipo técnico interdisciplinario que apoye el proceso.
En la Figura 15 se presenta el esquema que propone MIDEA, en el que se puede evidenciar que se establecen seis grandes etapas que serán detalladas más adelante. Las etapas son: Idea, Inicio, Emprendimiento, Implementación, Supervisión y Control, y Empoderamiento de la Comunidad. Por lo tanto, se plantea que un proyecto sostenible, no debe finalizar con la simple entrega de un sistema instalado, sino mejor aún, cuando se asegure que la comunidad se apropió de la solución energética. También, se elabora un diagrama de flujo que se presenta en la Figura 16, en el que se evidencia el paso a paso para la toma de decisiones, durante la implementación de la metodología MIDEA, para un proyecto sostenible de energía comunitaria.
16
Fuente. Elaboración propia.
17
Fuente. Elaboración propia.
Figura 16. Diagrama de flujo de la Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético Alternativo – MIDEA.
19
A continuación, se presenta el estudio detallado de la metodología MIDEA y la validación mediante el estudio de caso de la electrificación de la escuela del Resguardo Indígena Aico.
El primer paso en la etapa de Idea es la identificación de una necesidad energética. Para ello, el reconocimiento del territorio es fundamental. Además, existen diferentes técnicas y métodos de identificación de problemas, por ejemplo: Informadores-Clave, Cuaderno Colectivo y Método Delphi (Torregrosa, 2002). Para el caso específico de la comunidad Indígena Aico, se usó la técnica de Informadores-Clave, definiendo las prioridades con los líderes comunitarios (gobernador del resguardo, tesorero, profesor de la escuela y madre comunitaria). Posteriormente, se elabora un formato de encuesta para establecer las necesidades energéticas para comunidades aisladas, el formato se deja como recurso para futuros proyectos en el Anexo 3.
4.1.2. Banco de necesidades energéticas
En el caso específico del Resguardo Indígena Aico, se identifican las siguientes necesidades jerarquizadas por la comunidad y se presentan en orden de prioridad:
1. Electrificación de la escuela Guatavita Tua.
2. Iluminación y refrigeración de alimentos para los hogares.
3. Bombeo de agua en pozos profundos con energía solar fotovoltaica. 4. Alumbrado público.
5. Cercas eléctricas para ganadería.
4.
Validación Metodología Incluyente para el Desarrollo Energético
Alternativo - MIDEA.
4.1. Etapa de Idea
20
En la actualidad existen bancos de proyectos de energía renovable no convencional para suplir necesidades de energía eléctrica, agua potable, refrigeración y cocción de alimentos; a su vez, existen constantes avances tecnológicos que permiten reducir los costos de implementación, lo que posibilita que las soluciones sean implementadas con mayor practicidad y de una manera técnica y económicamente viable.
4.1.3. Priorización de las necesidades energéticas
Debido a que se identificaron varias necesidades energéticas, fue necesario priorizar y establecer acuerdos con los líderes de la comunidad, durante el proceso de identificación de las necesidades y en reunión con los miembros del cabildo (gobernador del resguardo, tesorero, profesor de la escuela y madre comunitaria), se estableció realizar la etapa inicial de energización del resguardo realizando el estudio para electrificación de la escuela del resguardo, dando prioridad a la educación de los niños de la comunidad. Existen técnicas para priorizar las necesidades y puedes desarrollarse de manera didáctica y con un enfoque incluyente (Torregrosa, 2002). Para el caso específico, se estableció de primera mano que la escuela fuese la prioridad.
Posterior a la identificación y priorización de la necesidad energética, es necesario socializar la iniciativa seleccionada, de tal manera que la comunidad interesada apruebe el inicio proyecto de energía comunitaria. En esta fase, es necesario general acuerdos preliminares con la población interesada, definir roles y responsabilidades; para esto se debe establecer un comité encargado de liderar el proceso de electrificación de la escuela Guatavita Tua, que debe ser encabezado por la comunidad.
4.1.4. Socialización de la iniciativa
21
esta socialización sea dirigida por la misma población, además, que los líderes comunitarios establezcan acuerdos para dar apertura al proyecto que se requiera emprender. También, debe generarse un documento de inicio de actividades, que puede ser un Acta de Constitución de Proyecto, en la que se establezca los aspectos generales del proyecto, la autorización para su realización y se implanten medidas para su gobernabilidad (BID, 2015). Finalmente, para casos específicos de comunidades indígenas se requiere un Consentimiento Informado, para que el equipo técnico acompañante dirija las actividades pertinentes (Rodríguez, 2014). Para efectos de la presente investigación, se realizó un acta con la comunidad y es presentada en el Anexo 2.
4.2. Etapa inicial
4.2.1. Constitución del Comité de Energía
22
Una vez identificada y priorizado la necesidad energética a la que se le quiere dar solución, y habiendo establecido un equipo de trabajo (Comité de Energía), que lidere la iniciativa, el siguiente paso es realizar un cronograma de actividades que permitan establecer los tiempo y recursos clave que se requieren para el correcto desarrollo del proyecto de energía comunitaria. Para el caso específico de estudio se propone, que debido a que es un proyecto piloto, se establezca el cronograma que se presenta en la Figura 17; en el que se propone que el proceso de transferencia tecnológica de inicio desde la fase de diseños de la solución energética; desde esa etapa, el comité de energía puede aportar conocimiento clave para el diseño. Finalmente, se aclara que el cronograma responde a aspectos particulares de la comunidad, de la magnitud del proyecto y de las posibilidades de financiamiento.
Fuente. Elaboración propia.
Se procede a realizar la evaluación de las fuentes no convencionales de energía renovable en la zona de estudio, con el objetivo de seleccionar el recurso de mayor potencial energético.
4.2.2. Elaboración del cronograma de actividades
Figura 17. Cronograma de actividades para la electrificación de la escuela Guatavita Tua.
23
4.2.3.1. Evaluación de la energía solar fotovoltaica para el Resguardo Indígena Aico
Posteriormente se realiza la evaluación del recurso de energía solar disponible en la zona. En la Figura 18 se evidencia que según la ubicación aproximada del Resguardo Aico, éste se encuentra ubicado en el rango de 5-6 Horas Sol Pico (promedio multianual), de acuerdo al mapa desarrollados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia (IDEAM, 2014a).
Fuente: (IDEAM, 2014a).
4.2.3.2. Evaluación del recurso eólico para el Resguardo Indígena Aico
La evaluación del recurso eólico para el caso de estudio da como resultado una velocidad más probable de viento de 5-6 m/s a 10 metros de altura, promedio multianual, para el año 2014. En la Figura 19, se presenta el mapa de velocidad del viento más probable.
Figura 18. Mapa de brillo solar (HSP) promedio multianual.
24
Fuente: (IDEAM, 2014b).
4.2.3.3 Evaluación de la Biomasa para el Resguardo Indígena Aico
Se identifica que los habitantes del Resguardo Aico dependen del sector agrícola y pecuario para subsistir, sin embargo, las parcelas, cosechas y explotación pecuaria son en pequeñas cantidades, debido a las altas temperaturas, acompañadas con la baja precipitación de lluvias en la zona, lo que dificulta que el recurso hídrico esté disponible para sus cultivos y animales. Por lo anterior, las cantidades de biomasa residual son relativamente bajas y no han sido caracterizadas. Con ayuda de los líderes de la comunidad y la observación en terreno, se identifica la biomasa aprovechable para este caso en específico, esta es presentada en la Figura 20.
Figura 19. Mapa de velocidad del viento más probable a 10 metros de altura.
25
Fuente: Elaboración propia.
De la información dada por los mapas de Biomasa residual disponibles en Colombia, se evidencia que para el departamento del Tolima, el mayor potencial se presenta en sector agrícola por los residuos de los cultivos de Arroz, con un estimado de 8621.91 TJ/año (Energía, IDEAM, & UPME, 2013). Sin embargo, para el caso del Resguardo Indígena Aico, este potencial no se tiene en cuenta, debido a que para este cultivó se requiere grandes cantidades de agua para riego, y en la zona de estudio, el recurso hídrico es limitado, por lo que no es posible contar con este residuo. Sin embargo, se tienen en cuenta los recursos disponibles en la zona, y se presentan los potenciales para el departamento del Tolima, en las Tablas 5 y 6, de los sectores agrícola y pecuario, respectivamente.
Fuente: (Energía, IDEAM, & UPME, 2013)
Residuo Área
sembrada
Producción Cantidad de residuo
Potencial Energético
[ha] [t producto/año] [t/año] [TJ/año]
Maíz 24569 83148 117654 1263
Plátano 30235 274826 1690181 965
Total 272111 1379123 5245271 23518
Figura 20. Fuentes de biomasa residual identificado en el Resguardo Indígena Aico.
26
Fuente. (Energía, IDEAM, & UPME, 2013)(Energía et al., 2013)
Residuo Población Cantidad estiércol Potencial energético
[cabezas/año] [t/año] [TJ/año]
Bovino 694013 3086989 2290
Porcino 94827 69893 125
Total 4342205 3276905 2938
4.2.3.4. Evaluación para la implementación de pequeño aprovechamiento hidroeléctrico
Posteriormente se realizó la evaluación del recurso hídrico para un posible pequeño aprovechamiento hidroeléctrico. Para el caso de la Resguardo Indígena Aico, se cuenta con una quebrada que atraviesa su territorio, sin embargo, en visitar realizadas se evidenció que el caudal no es suficiente para el aprovechamiento con una PCH. En la Figura 21 se presenta la ubicación del resguardo y el recurso hídrico de la zona. No se tienen en cuenta el Río Saldaña, debido a que se encuentra distanciado de la comunidad, y está a la misma distancia de la red eléctrica.
Fuente: (ArcGIS, 2016), modificación propia.
Tabla 6. Biomasa residual del sector pecuario en el departamento del Tolima
27
Se pudo evidenciar que la quebrada presentó sequía durante los meses de: junio, agosto y diciembre de 2015, además para, marzo y junio de 2016. Si bien, este fenómeno se puede asemejar a lo sucedido a nivel nacional por el fenómeno del niño que afecto la generación de energía hidroeléctrica en el 2015, se comprobó durante las visitas, que el caudal no es constante ni suficiente para aprovechar este recurso.
Posterior a la evaluación de las fuentes no convencionales de energía renovable, se realiza la selección de la mejor alternativa para el caso específico de la comunidad Indígena Aico. Para lo que se realiza la selección mediante el desarrollo de la Metodología con Optimización Multiobjetivo para Energización de Zonas Rurales (Unidad de planeación Minero Energética (UPME), 2015). Para ello, se evalúa la oferta energética, que, para el caso del resguardo, se estudiaron las siguientes: solar, eólica, biomasa y, en menor medida, la hidráulica.
Posteriormente, se tiene en cuenta la evaluación de cada uno de los recursos y como resultado, se obtiene que el recurso para mayor aprovechamiento es el solar fotovoltaico. En la Figura 22 se presentan los resultados del potencial de generación de energía haciendo uso de la Metodología con Optimización Multiobjetivo. Se puede observar que el recurso solar tiene el potencial más alto, sin embargo, no se puede despreciar el potencial eólico y de la biomasa, que, para el caso de estudio, es medio, y puede ser aprovechado para otras aplicaciones y casos específicos.
28
Fuente. (Unidad de planeación Minero Energética (UPME), 2015)
Adicionalmente, la metodología multicriterio permite analizar las alternativas mediante el estudio de cuatro criterios: económico, natural, físico y social. Para realizar este análisis se tiene en cuenta la información que se obtiene como resultado de la recopilación y sistematización realizada en el aparte número tres del capítulo dos. En la Tabla 7 se presentan los criterios y la descripción de cada uno ellos. Finalmente, en la Figura 23 se presenta el resultado del análisis de tres alternativas: solar, eólica y biomasa. Este análisis se desarrolló haciendo uso de la herramienta computacional desarrollada por la UPME, que se presenta en el Anexo 4.
Como resultado se puede observar que la opción solar fotovoltaica tiene un mayor potencial en los criterios natural y físico; y en los criterios social y económico, se mantiene en un margen justo. Finalmente, es la opción fotovoltaica la más viable para este caso específico, tanto por su mayor potencial, como por los criterios físicos y naturales estudiados.
Medio Alto Medio Muy bajo 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Eólica Solar Biomasa Hidráulica
Pot e n ci al d e gen e rac ió n
Fuentes no convencionales de energía renovable
Potencial de Generación de Energía
29
Fuente. (Unidad de planeación Minero Energética (UPME), 2015).
Criterios a evaluar Definición
Criterio Económico
Este criterio busca conocer cual alternativa es económicamente más factible. Se analizan los costos asociados a las diferentes alternativas, la capacidad de pago que tiene la comunidad y el aumento en los ingresos de la región debido a la implementación de la solución energética.
Criterio Natural Relaciona los activos naturales tanto en el aprovechamiento como afectación de estos por las diferentes alternativas energéticas. En la metodología este criterio apoya el uso de energías renovables.
Criterio Físico Este criterio evalúa los recursos físicos de la localidad tanto en infraestructura como en oferta energética. Igualmente evalúa técnicamente las configuraciones ingresadas.
Criterio Social El criterio social evalúa la participación, apropiación, las capacidades y conocimientos de la comunidad para la implementación y funcionamiento de la solución energética teniendo en cuenta los recursos sociales existentes, además de analizar el beneficio social que trae las diferentes alternativas de energización. La sostenibilidad del proyecto depende en gran medida de la participación de la comunidad y de la existencia de organizaciones comunitarias.
Alternativa 1. Solar fotovoltaica. Alternativa 2. Biomasa. Alternativa 3. Eólica
Fuente. (Unidad de planeación Minero Energética (UPME), 2015). Tabla 7. Criterios a evaluar con la Metodología Multicriterio.
30
4.3.
Etapa del Emprendimiento
A continuación, se realiza la etapa del emprendimiento. Anteriormente se llega a acuerdos con la comunidad para priorizar las necesidades de energía eléctrica y se selecciona el recurso de mayor potencial energético. Ahora se inicia caracterizando las necesidades de energía eléctrica para el caso específico de la escuela Guatavita Tua del Resguardo Indígena Aico. Posteriormente, se diseña un sistema solar fotovoltaico que supla parte de las necesidades de energía. Finalmente, se presentan las posibilidades de financiamiento.
Se da inicio a la caracterización de las necesidades de energía eléctrica para la escuela Guatavita Tua. Para tal fin, se tienen en cuenta los acuerdos realizados con la comunidad, en los que se estableció que en la etapa inicial se realizaría un diseño preliminar para un prototipo que supliera parte de las necesidades de energía para la escuela. Por lo tanto, se establece que el prototipo pretende suplir el consumo de las cargas presentadas en la Tabla 8, en la que se listan los equipos a ser conectados y su respectiva potencia. Como se puede observar, inicialmente, se busca suplir el consumo de dos computadores portátiles de 65 [W] cada uno. También, se proyecta conectar algunos equipos para una sala de computo, como lo son un router Wi-fi, una multifuncional y un sistema de sonido. Finalmente, se tienen en cuenta iluminación con tecnología Led, tanto interior, como exterior para la entrada de la escuela.
31
Fuente. Elaboración propia
Cantidad Cargas Potencia
equipo [W]
Potencia total [W] 2 Computador portátil (Input 19V - 3,42A) 65 130
1 Multifuncional Ecotank L455 19 19
1 Sistema de sonido 2.1 Z213 17 17
1 Router Wi-Fi Banda Dual Ac Tp-link 30 30
4 Luminaria - LED P36667 36 72
1 Reflector LED exterior-ASL030603 30 30
1 Grabadora Digital Zs-ps30cp 25 25
2 Tomacorriente para cargar celulares y linternas a 110 V
180 360
Potencia total del prototipo [W] 683
A continuación, se realiza el ponderado del consumo diario de energía, en la Figura 24 se presenta la curva de energía diaria consumida en la escuela. Se plantea que el mayor consumo de energía se realice justo al medio día, cuando hay mayor radiación solar. Por lo tanto, se propone que el servicio de carga de celulares y linternas se realice a medio día, durante el periodo de mayor generación de energía.
0 50 100 150 200 250 300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Pot e n ci a c o n su m id a [W]
Hora del día
Energía diaria consumuda [Wh/día]
Tabla 8. Cuadro de cargas del prototipo solar a instalar32
Posteriormente se realiza la proyección de la demanda energética para un periodo de cinco años. Debido a que la etapa inicial solo contempla la implementación de un prototipo para la escuela del resguardo indígena, para esta proyección se plantea suministrar energía para toda la comunidad, compuesta por 52 familias que equivalen a 250 habitantes. Por lo tanto, se plantea un escenario en el que se supla el consumo básico de subsistencia dado por la UPME (Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), 2004), en el que se propone que, para alturas inferiores a 1000 msnm, el consumo es de 173 kWh/mes, que es lo suficiente para tener energía para alumbrado, refrigeración y otros electrodomésticos. En la Tabla 9 se presenta la información del consumo básico de subsistencia planteado por la UPME.
Fuente. (Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), 2004). Consumo de Subsistencia kWh/mes
Año Alturas inferiores a 1000 Alturas superiores o iguales a 1000m 2007 en
adelante
173 kWh/mes 130 kWh/mes
A continuación se realiza una curva de demanda energetica para el escenario planteado de proyección a cinco años. La curva es presentada en la Figura 25 y es elaborada usando el Anexo 5 que es una herramienta desarrollada por la UPME, para la proyección de la demanda de energía. La demanda energetica proyectada a cinco años es calculada en un valor de 107,95 MWh/año, supliendo energía para toda la comunidad.
4.3.1.1. Proyección de la demanda energética
33
Fuente. UPME, modificaciones propias.
Posterior a la selección de la mejor alternativa de aprovechamiento energético para la zona en específico, y a los acuerdos con la comunidad, se llevó a cabo la fase de diseño del prototipo solar fotovoltaico comunitario para la escuela del resguardo indígena. Este prototipo solo suple una parte de las necesidades de energía eléctrica debido a que se planteó para una etapa inicial y de bajo costo inicial. El sistema diseñado tiene la capacidad de alimentar un pequeño centro de cómputo, un sistema de sonido, iluminación interior y exterior, además, contempla un punto de carga de celulares y linternas para la comunidad.
4.3.2.1. Evaluación del recurso solar
En primera medida se evalúa el recurso solar para aprovechamiento fotovoltaico disponible en la zona, posteriormente, para efectos del diseño es necesario identificar mes crítico o de menor radiación, que es el equivalente al mes de diseño, ya que de esta manera se asegura que el sistema trabaje a las mínimas condiciones de radiación en la zona. En la Figura 26 se presenta la irradiación
Figura 25. Proyección de la demanda de energía con un consumo básico de subsistencia.
34
en la zona de estudió que es suministrada el portal web de RetScreen en colaboración con la Nasa, esta información es específica para la zona de estudió y es dada por un sistema satelital que registra las variables climatológicas. La información es un promedio ponderado multianual y se usa para el correspondiente diseño de la solución fotovoltaica. Para el caso de la Escuela Guatavita Tua, el mes de diseño es noviembre de 2015, con un promedio de 4,26 HSP; este mes concuerda con la información para 2016. Debe aclararse que la unidad Hora Sol Pico es muy utilizada para el diseño de sistemas solares fotovoltaicos, asimismo, que 1 HSP es el equivalente a 3,6 MJ/m², o, también, a 1kWh/m².
Fuente. (NASA, 2015).
4.3.2.2. Tipo de interacción con la red
Se debe tener en cuenta el tipo de interacción del sistema solar fotovoltaico a diseñar, debido a que de esto depende los componentes que se deben considerar. El sistema solar fotovoltaico es de configuración fuera de la red (Off-Grid), debido a que no es conectado al
4,1 4,15 4,2 4,25 4,3 4,35 4,4 4,45 4,5 4,55 4,6 4,52 4,56 4,55 4,34 4,3 4,31
4,46 4,49 4,49
4,4 4,26 4,32 H o ra So l P ico ( H SP) Mes
Irradiación solar en la zona de estudio [HSP]
35
sistema interconectado nacional; su principal característica es que tiene un banco de baterías que respalda al sistema en momentos de baja radiación solar o en las horas de la noche; a diferencia de un sistema conectado de la red (On-Grid), en el que generalmente en momentos donde no hay radiación solar, toma energía de la red. Los principales componentes del sistema a diseñar son: Arreglo de paneles solares, banco de baterías, inversor, regulador de carga y sus correspondientes conductores. En la Figura 27, se presenta la conexión del sistema solar fotovoltaico Off-Grid.
Fuente. Elaboración propia.
4.3.2.3 Dimensionamiento del arreglo fotovoltaico
A continuación, se realiza el dimensionamiento del arreglo de paneles solares fotovoltaicos que generaran la energía eléctrica suficiente para operar las cargas que se tuvieron en cuenta con anticipación. El arreglo fotovoltaico es la configuración de varios paneles solares conectados de la manera que requiera el sistema para operar; su función, es transformar la energía de la radiación solar que incide sobre las placas, en energía eléctrica, mediante la reacción química que se efectúa en una celda solar compuesta de un material semiconductor.
36
Es necesario establecer la energía real que debe generar el arreglo fotovoltaico para su correcto funcionamiento. Para esto, además de tener en cuenta el cuadro de cargas y la energía diaria consumida presentadas con anticipación, se deben calcular las pérdidas de energía que se presentan por la eficiencia de los componentes del sistema solar fotovoltaicos y de sus correspondientes conexiones.
También, se debe estimar la eficiencia propia del arreglo fotovoltaico, debido a que se presentan pérdidas por las conexiones entre los paneles. Finalmente, se tienen en cuenta por la disponibilidad del recurso solar (Total Solar Resource Fraction –TSRF). En la Tabla 10, se presentan las pérdidas de energía que se tiene en cuenta durante el dimensionamiento del arreglo fotovoltaico.
Fuente. Elaboración propia (ABB, 2011). Perdidas de energía
Eficiencia del inversor 95% Eficiencia de las baterías 85% Eficiencia Arreglo FV 75% Eficiencia del cableado 98%
TSRF 90%
Posteriormente, se realiza el cálculo de la energía real requerida que debe ser generada por el arreglo fotovoltaico, teniendo en cuenta la eficiencia de los equipos y las pérdidas de energía por el cableado. En la Tabla 11 se presenta la demanda energética calculada con anticipación, fraccionada en corriente alterna y corriente directa, debido a que esto será útil durante la selección del Inversor de corriente que se realizará posteriormente. También, se calcula la demanda de energía total, que es la suma de las demandas de energía AC y la demanda de energía DC. Finalmente, se presenta la energía real requerida.
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Fuente. Elaboración propia. Energía real requerida
Demanda de energía AC [Wh/día] 1985 Demanda de energía DC [Wh/día] 288 Demanda de energía total [Wh/día] 2273 Energía real requerida [Wh/día] 3866
4.3.2.4. Selección del Arreglo Fotovoltaico
A continuación, se realiza la selección de los paneles solares y el dimensionamiento del arreglo fotovoltaico. Los paneles solares seleccionados son policristalinos, debido a que cuentan con una buena eficiencia (entre el 13-16%), a un menor costo, comparándolo con la tecnología monocristalina. Debe decirse que la eficiencia no es un factor determinante, ya que se cuenta con el espacio suficiente para la instalación del arreglo fotovoltaico, que será instalado en el tejado de la escuela. En la Tabla 12, se presenta el dimensionamiento detallado del arreglo fotovoltaico. El panel solar seleccionado tiene una potencia de 150 [Wp], se requieren seis paneles conectados en paralelo con la misma disposición del tejado, para una potencia total instaladas de 900 [Wp]. Finalmente, en el Anexo 6 se presenta el dimensionamiento detallado del arreglo fotovoltaico.
Fuente. Elaboración propia Dimensionamiento arreglo fotovoltaico
Potencia requerida [W] 900
Potencia panel solar seleccionado [Wp] (PX 150 SUNSET) 150
Número de paneles 6
Número de strings 1
Número de paralelos 6
Potencia total instalada [Wp] 900
Inclinación 9°
Azimut 15°
Latitud 3.828°N
Longitud 75.228°O
Tabla 11. Cálculo de la energía real requerida.
