Fortalecimiento del sistema de tecnologías apropiadas para la generación de energías limpias en el Parque Natural Chicaque

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(1)FORTALECIMIENTO DEL SISTEMA DE TECNOLOGÍAS APROPIADAS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍAS LIMPIAS EN EL PARQUE NATURAL CHICAQUE. Julián Armando Gómez Amaya. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Medio Ambiente Y Recursos Naturales Ingeniería Ambiental Bogotá Colombia 2017.

(2) FORTALECIMIENTO DEL SISTEMA DE TECNOLOGÍAS APROPIADAS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍAS LIMPIAS EN EL PARQUE NATURAL CHICAQUE. Julián Armando Gómez Amaya. Proyecto presentado como requisito de trabajo de grado en modalidad de pasantía. Director Interno Álvaro Martín Gutiérrez Malaxechebarria. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Medio Ambiente Y Recursos Naturales Ingeniería Ambiental Bogotá Colombia 2017.

(3) CONTENIDO INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN ................................. 3 3. OBJETIVOS ....................................................................................................... 5 4. MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 5 4.1 CONTEXTO INTERNACIONAL DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES ........... 6 4.2 Contexto Nacional Energía En Colombia ....................................................... 8 4.3 Fuentes No Convencionales De Energía Renovable FNCER ...................... 10 4.3.1 Energía Solar Fotovoltaica ........................................................................ 11 4.3.2 Energía De La Biomasa ............................................................................. 13 4.3.3 Energía Térmica Pequeña Escala ............................................................. 15 4.4 Desarrollo Sostenible:................................................................................... 16 4.4.1 Eficiencia Energética: ................................................................................ 16 4.4.2 Autogeneración:......................................................................................... 16 4.4.3 Autogeneración Pequeña Escala:.............................................................. 16 4.4.4 Cogeneración ............................................................................................ 17 4.4.5 Energía En La Biomasa: ............................................................................ 17 4.4.6 Energía Pequeños Aprovechamientos Hidroelectricos: ............................. 17 4.4.7 ENERGÍA SOLAR: .................................................................................... 17 4.4.8 Fuentes No Convencionales Energía Renovable (FNCER ........................ 17 6. METODOLOGÍA ................................................................................................ 18 7. ESTADO ACTUAL DE LAS TECNOLOGIAS APROPIADAS IMPLEMENTADAS EN EL PARQUE NATURAL CHICAQUE.............................. 23 8. DEMANDA ENERGETICA PARQUE NATURAL CHICAQUE .......................... 24 9. SELECCIÓN DE TECNOLOGIAS APROPIADAS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGIA ELÉCTRICA EN EL PARQUE NATURAL CHICAQUE ....................... 26 9.1 Alternativa 1: GASIFICADOR DE BIOMASA ................................................ 27 9.1.1 Especificaciones Biomasa ......................................................................... 28 9.2 Alternativa 2: Generador Termoeléctrico Celdas Peltier (Efecto Seebeck) .. 33 9.2.1 Valoración de la Alternativa ....................................................................... 34 9.3 Alternativa 3: Sistema Panel Solar fotovoltaico. ........................................... 36.

(4) 9.3.1 Valoración de la Alternativa ....................................................................... 39 9.4 Estructura Jerárquica Alternativas ................................................................ 41 10. Selección de la Alternativa ............................................................................ 43 11. DISEÑO DE TECNOLOGIAS APROPIADAS ................................................. 44 11.1 Secador solar de madera ........................................................................... 44 11.2 Compostera Materia Orgánica .................................................................... 47 11.2.3 Inversión Lombricultivo ............................................................................ 51 12. CONSOLIDACIÓN DEL PROCESO DE APROVECHAMIENTO DE LOS RECURSOS DENDROENERGETICOS EN EL PARQUE .................................... 52 12.1 Plan De Manejo Integrado .......................................................................... 52 12.2 Programa de Manejo Simplificado .............................................................. 53 13. CONCLUSIÓNES Y RECOMENDACIÓNES................................................... 55 14. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 57.

(5) LISTA DE TABLAS Tabla 1. Indicadores Energía Renovable Generación Eléctrica 2016 (REN21, 2017)........................................................................................................................ 8 Tabla 2. Valoración Análisis Multicriterio ............................................................... 19 Tabla 3. Matriz Análisis Multicriterio ...................................................................... 20 Tabla 4. Valores índices Aleatorios. ...................................................................... 21 Tabla 5. Estado actual tecnologías apropiadas parque natural Chicaque ............. 24 Tabla 6. Consumo energía Eléctrica Zona Baja Parque Natural Chicaque ........... 25 Tabla 7. Características Biomasa para Gasificación. ............................................ 29 Tabla 8. Costos Estimados Gasificador. ................................................................ 30 Tabla 9. Costos estimados Embalaje, Transporte Y puesta En Marcha ................ 31 Tabla 10. Costos estimados Totales. .................................................................... 31 Tabla 11. Costos con Subsidio de Ley. ................................................................. 32 Tabla 12. Costos Operación Gasificador. .............................................................. 32 Tabla 13. Costos estimados Mantenimiento Gasificador ....................................... 32 Tabla 14. Costos Estimados Generador Termoeléctrico. ...................................... 35 Tabla 15. Costos Estimados Montaje Fotovoltaico 4 KW H .................................. 40 Tabla 16. Matriz Valoración metodología análisis multicriterio. ............................. 42 Tabla 17. Valores índices Aleatorios ..................................................................... 43 Tabla 18. Inversión Inicial Compostera- lombricultivo ........................................... 51.

(6) LISTA DE FIGURAS Figura 1. Capacidad Generación Eléctrica del Sistema Interconectado Nacional (UPME & BID, 2015) .............................................................................................. 10 Figura 2. Consumo energía Eléctrica Zona Baja Parque Natural Chicaque 2015 26 Figura 3. Consumo energía Eléctrica Zona Baja Parque Natural Chicaque 2016 26 Figura 4. Gasificador de flujo Descendente .......................................................... 28 Figura 5. Estructura Jerárquica metodología análisis Multicriterio Elaborado por el autor....................................................................................................................... 41 Figura 6.Vista frontal Secador Solar leña Adaptado (Universidad Católica Temuco, 2010)...................................................................................................................... 46 Figura 7.Vista Lateral Secador Solar leña Adaptado (Universidad Católica Temuco, 2010) ....................................................................................................... 46 Figura 8. Cuna de Lombricultivo adaptado de Guía de lombricultura ADEX (Díaz, 2002)...................................................................................................................... 50.

(7) INTRODUCCIÓN El Parque Natural Chicaque es fundado oficialmente en el año de 1990 por el señor Manuel Antonio Escobar, con el propósito de iniciar una nueva etapa en su misión de recuperar, proteger, preservar y compartir con todas las personas que así lo deseen, la inmensa riqueza natural que se encuentra en el ecosistema de Bosque de Niebla. Labor que se ha desarrollado durante algo más de 100 años y que ha ido trascendiendo por las generaciones de la Familia Escobar propietaria del Predio. Ubicado en el municipio de San Antonio del Tequendama en el departamento de Cundinamarca a tan solo 30 minutos de la capital, el parque natural Chicaque cuenta con un área total de 312 Hectáreas, dentro de las cuales hay construidos alrededor de 20 km de senderos demarcados, algunos de estos erigidos en la época precolombina por los Panches una de las tribus indígenas que se movilizaban en la región, la cual posteriormente construiría gran parte de los caminos reales utilizados por los españoles en el periodo Colonial ya que este lugar era parte fundamental de una importante y estratégica ruta entre la región del valle del Río Magdalena y el altiplano Cundiboyacense. El parque brinda la oportunidad a visitantes nacionales y extranjeros de recorrer e interactuar con los diferentes elementos presentes en el ecosistema del bosque de niebla, y a través de los senderos que recorren el parque lograr apreciar en su hábitat natural cerca de 20 especies diferentes de Mamíferos, 275 de Aves, miles de especies de Insectos, hongos, orquídeas, y especies vegetales únicas de este ecosistema. Junto a esta labor de recuperación protección y preservación , la cual le confirió al parque ser declarado reserva natural de la sociedad civil por lo tanto entrar a hacer parte del sistema nacional de áreas protegidas SINAP mediante la Resolución 015 de 2002 e ingresar a la Asociación Red Colombiana de Reservas Naturales de la Sociedad Civil (RESNATUR), se ha optado por establecer como actividad económica principal el ecoturismo con el fin de obtener los recursos económicos que solventen la operación y labores en el parque. Para este fin el parque cuenta con una zona determinada para hospedar visitantes en camping con servicio de baños y duchas en la zona alta, en la zona baja el parque ofrece hospedaje a sus visitantes en el “Refugio” el cual cuenta con habitaciones compartidas dotadas con camas dobles, sencillas y camarotes, baños compartidos y una sala de televisión, por otra parte se encuentra la zona de camping además dos cabañas con baño privado y chimenea, una cabaña sobre un árbol y la posibilidad de quedarse en la copa de un roble a 25 m de altura. El parque ofrece también actividades como arborismo, Tirolesa y Cabalgatas. Finalmente cuenta con dos restaurantes uno en la zona alta “Aroboloco” en honor al Montanoa Quadrangularis especie insignia del parque, el cual presta servicio de martes a domingo presentando su mayor demanda los fines de semana, este restaurante cuenta además con la capacidad de atender eventos y reuniones. El otro se encuentra ubicado en la zona Baja, dentro del Refugio este atiende a las personas. 1.

(8) que se hospedan en el parque en zona de camping cabañas y habitaciones, al personal del parque y a los visitantes en general ofreciendo allí la posibilidad de observar el paisaje de la región desde un mirador de 180°.. Dichas actividades ecoturísticas representan una demanda alta de recursos naturales, el parque natural Chicaque, ha buscado desde un comienzo suplirse de manera sostenible de muchos de ellos sin generar mayores afectaciones al ecosistema. Para cumplir con este objetivo se han venido implementando en los últimos años una serie de sistemas de energías alternativas entre los cuales se encuentran una generadora micro-Hidroeléctrica la cual funciona gracias a la captación de agua de la quebrada la “Playa” principalmente que pasa por el parque, la cual produce aproximadamente 1. 2KW-h en máxima potencia. Por otra parte, se encuentran instalados una serie de paneles fotovoltaicos los cuales producen cerca de 13 KWh/día los cuales se ubican en la taquilla del parque, en la vivienda del personal de la zona alta, otro que abastece de energía el sistema de refrigeración restaurante Arboloco, en la zona baja el sistema de iluminación en la cabaña del árbol (TANGARA); y el sistema de refrigeración en la vivienda del director. Finalmente encontramos la biomasa de origen forestal o Dendroenergía aprovechada en forma de leña para la cocción de alimentos y generación de calor, se cuenta con 2 chimeneas de doble combustión en el restaurante Arboloco, una estufa de leña tradicional en el restaurante Arboloco, dos estufas de leña en el Refugio; Una Chimenea de doble combustión en la zona de administración y una estufa de combustión lenta en la vivienda del Director; y cuatro Chimeneas tradicionales en el resto de las instalaciones del parque. Pese a contar con los sistemas mencionados anteriormente el parque se encuentra adherido al sistema interconectado nacional SIN en la zona baja mediante un transformador bifásico el cual proporciona 10 KW-h, y una planta generadora de energía eléctrica la cual funciona con gasolina, en la parte no se cuenta con la conexión al SIN por lo tanto se abastece de una planta generadora de energía eléctrica la cual funciona con otro derivado fósil el Diésel el cual genera emisiones contaminantes debido a su combustión y considerables costos económicos al momento de presentar altas demandas de energía. Por lo tanto, se ve la importancia de la optimización de los procesos que se tienen para el aprovechamiento de los recursos para la generación de energía disponibles en el parque y la búsqueda o desarrollo de un sistema que sea económica y ambientalmente sostenible para abastecer la demanda de energía con los recursos propios del parque sin generar emisiones contaminantes ni afectaciones al ecosistema.. 2.

(9) 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN La vida, en todas sus formas, es completamente dependiente de la energía ya que esta está involucrada en todos los procesos vitales y ciclos naturales en la tierra. Pero además de suplir sus necesidades biológicas el ser humano ha desarrollado sistemas de vida en los cuales consume energía para satisfacer otro tipo de necesidades (vivienda, transporte, servicios, etc.).Para atender estas necesidades la humanidad ha recurrido al uso de distintas fuentes para obtener esta energía, no obstante, con el paso del tiempo ha ido aumentando significativamente la dependencia de estos recursos y con ella un exceso en el consumo de combustibles, especialmente combustibles fósiles. Los cuales además de generar altos impactos en el medio del que son extraídos, son hoy una de las principales causas de la problemática conocida como efecto invernadero debido a la emisión de los gases contenidos en estos combustibles a la atmosfera. El parque natural Chicaque en los últimos años ha venido implementando sistemas de energías renovables que contribuyan a su labor de recuperar, proteger y preservar el ecosistema de bosque niebla el cual es único y de gran importancia en el mundo, además de prestar un servicio de ecoturismo que sea sostenible y compatible con el mismo. Sin embargo, estos sistemas no han sido suficientes para suplir en su totalidad la demanda energética del parque y se hace necesaria la utilización de mecanismos convencionales, los cuales permiten la producción de energía eléctrica mediante la transformación de combustibles fósiles (Gasolina y Diésel) derivados del Petróleo el cual al ser materia orgánica que se ha ido depositando al interior de la tierra durante largos periodos de tiempo, que al ser sometida a diversas condiciones atmosféricas y procesos biológicos ha ido almacenando cantidades de energía que mediante una serie de técnicas de extracción y refinería es aprovechada como combustible. En la mayoría de los casos provocando serias consecuencias e impactos negativos sobre el ambiente del que es extraído; además de la emisión de los gases contaminantes a la atmosfera resultantes de la combustión de los mismos. En su búsqueda por suplir esta demanda de energía y reemplazar el uso de estos combustibles fósiles, la dirección del parque ha centrado su atención en uno de los recursos más abundantes en el parque además de haber sido uno de los primeros recursos destinados por la humanidad para este fin, la biomasa de origen forestal ha sido una fuente muy importante de energía a lo largo de la historia de las civilizaciones, utilizándose principalmente en forma directa como leña; posteriormente se fueron desarrollando diferentes procesos para aprovechar este tipo de biomasa en estado líquido, solido o gaseoso. En forma de leña fue el primer recurso energético, al ser empleado por el hombre en la antigüedad para calentarse con hogueras y tener iluminación en las noches oscuras y en las cavernas, Con el paso del tiempo se fueron descubriendo nuevos usos y desarrollando otras tecnologías como la fermentación alcohólica en la civilización egipcia al norte de. 3.

(10) África, más adelante los sistemas de combustión de la biomasa leñosa para finalmente establecer el uso de carbón vegetal, convirtiéndose así en la base energética de las civilizaciones en la antigüedad. Como lo mencionó Derek Earl en su evaluación de las potencialidades de los bosques como alternativas energéticas la Dendroenergía consiste en el aprovechamiento eficiente de la energía solar contenida en la biomasa, sin tener pasar por el proceso de fosilización, como por el contrario ocurre con el petróleo y el carbón mineral. Así mismo la Agencia Internacional de Energía (IEA Bioenergy) ha señalado que la energía generada a partir de Biomasa, se encuentra en concordancia con la tendencia global hacia los métodos de producción más sostenibles, pues su aprovechamiento contribuye a la reducción de la polución, el manejo adecuado y la conservación de los recursos naturales y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero además de la estabilización del carbono atmosférico siempre y cuando esta se desarrolle de manera planificada y controlada evitando las dificultades por cambio de uso de suelo y sin poner en riesgo la seguridad alimentaria. Por lo tanto, la energía forestal o Dendroenergía se posiciona como una alternativa positiva dentro de la perspectiva de desarrollo sostenible en muchos países, la cual promete impactos positivos tanto en el ámbito económico como social y ambiental. (Quintero & Diez, 2008) En conjunto con los recursos alternativos para la obtención de energía están las tecnologías apropiadas para su transformación las cuales son de pequeña y mediana escala, descentralizadas, la cuales se basan en los recursos locales, permiten una operatividad y mantenimiento sencillos, aprovechando las fuentes renovables de energía, logrando así no contaminar ni provocar impactos negativos en el medio ambiente. Estas tecnologías deben tener en cuenta el contexto local en que se desarrollan, así como elementos sociales, económicos y técnicos. Por lo tanto, es de gran importancia el desarrollo e implementación de sistemas alternativos que se basen en la utilización de los recursos disponibles en el parque como fuente energética, que respondan adecuadamente a las necesidades, siendo acordes con las condiciones de reserva natural y que se acoplen con las tecnologías ya implementadas. Sistemas que se caractericen entre otras cosas por ser neutras al momento de emitir carbono a la atmosfera, y reducir la emisión de gases contaminantes. Apostando a mediano plazo a lograr un autoabastecimiento energético sostenible y amigable con el ambiente en el parque natural Chicaque.. 4.

(11) 3. OBJETIVOS •. Objetivo General Brindar apoyo técnico en el manejo, fortalecimiento y mejoramiento de los sistemas de Tecnologías apropiadas dentro del parque natural Chicaque, particularmente en lo relacionado con energías alternativas.. •. Objetivos Específicos -. -. Identificar los sistemas de energías renovables implementados en la actualidad y su funcionamiento. Diseñar un manual de las tecnologías existentes, manejo adecuado y recomendaciones. Contribuir a la consolidación de los procesos de aprovechamiento perdurable de los recursos dendroenergéticos existentes en el parque. Diseñar y priorizar tecnologías apropiadas para el parque natural Chicaque. 4. MARCO TEÓRICO. Hoy en día es incuestionable la dependencia que existe alrededor de los combustibles de origen fósil como lo son el petróleo, el carbón y el gas natural, para suplir las demandas energéticas actuales sin tener en cuenta el coste ambiental que esto conlleva. Los mencionados anteriormente son recursos extraídos del interior de la tierra mediante que se encuentran disponibles en cantidades aparentemente abundantes; Según la organización de países productores de petróleo OPEP para el 2014 habían 1,65 billones de barriles de petróleo disponibles, los cuales si el ritmo de explotación diaria se mantuviera constante en 83 millones de barriles al día (OPEP,2015) dichas reservas alcanzarían para los siguientes 54 años, esto sin contar con nuevas exploraciones o la revelación de información por parte de países que mantienen bajo total reserva sus cantidades reales, así como la creciente demanda del crudo en el mundo, por otra parte se encuentra el gas natural el cual según la British Petroleum Company se encuentra en su gran mayoría depositado en los suelos de Irán, Qatar y Rusia. Para el año 2013 habían más de 200 billones de metros cúbicos de gas natural donde sus mayores consumidores son América del Norte y la unión Europea, Finalmente encontramos el carbón mineral que se extrae en más de 70 países, las grandes reservas de este se encuentran en Estados Unidos, India, Rusia y China se estima que hay alrededor de 1000 billones de toneladas, aunque aparentemente su uso ha ido siendo relegado a otros tipos de 5.

(12) combustibles para el año 2012 su participación en la matriz energética ascendió al 29,6 % a nivel mundial lo que indica una demanda de 98.56 millones toneladas al año, a pesar de ser números muy elevados, estas reservas son finitas y teniendo en cuenta que la demanda aumenta exponencialmente dichas reservas en un fututo medianamente cercano llegarán a su fin. Estos recursos se encuentran distribuidos en diferentes zonas en todo el planeta tierra lo que trae consigo una serie de coyunturas geopolíticas y socioeconómicas como lo es el caso de oriente medio las cuales se han tornado muy complejas a lo largo de la historia e inclusive en la actualidad. Por lo tanto a medida que pasa el tiempo, se consumen los recursos y aumentan día a día los niveles de gases contaminantes en la atmosfera, es incuestionable la importancia de desarrollar mecanismos alternativos e iniciar una transición hacia el aprovechamiento de los recursos energéticos renovables presentes en la tierra con el fin de garantizar la generación de energía en el largo plazo, contribuyendo a la reducción de gases de efecto invernadero y a la mitigación del cambio climático fenómeno que cada vez es más visible y cuyas consecuencias son más notorias.. 4.1 Contexto Internacional De Las Energías Renovables. Según la REN 21 (Red de políticas en energía Renovable para el siglo 21) aproximadamente el 81 % de la energía que es consumida en todo el mundo proviene de recursos cuyo origen es el subsuelo donde se ha almacenado energía durante largos periodos de tiempo y se requieren de procesos invasivos para su extracción conocidos también como recursos de origen fósil, mientras que el 19% restante proviene de recursos renovables los cuales se encuentran disponibles gracias a los diferentes ciclos de la naturaleza. Este 19% está asociado principalmente al uso tradicional de las fuentes renovables de energía como la biomasa en aplicaciones como la leña para la cocción de alimentos y la generación de calor en lugares con bajas temperaturas, el aprovechamiento de los cuerpos hídricos, la energía solar fotovoltaica (FV) y eólica para la generación de energía eléctrica. Para 2017 se logró un récord en el aumento de la capacidad instalada de energía renovable siendo la energía solar FV el principal representante de las energías renovables representado un 47% de las adiciones totales en el mundo seguido por la energía eólica y la hidráulica. En menor medida se encuentra el aprovechamiento de la biomasa para su conversión en energía eléctrica, y biocombustibles a través del uso de tecnologías modernas las cuales cada día se vuelven más accesibles. Es importante mencionar que la inversión en capacidad de energía renovable duplicó las inversiones en capacidad de generación de combustibles fósiles lo que significa que hoy en día el mundo añade más capacidad. 6.

(13) de energía renovable al año que la capacidad neta que añade para todos los combustibles fósiles combinados (REN21, 2017) Es por anterior que las potencias mundiales como China, Alemania, EE.UU., han venido realizado grandes inversiones en investigación, desarrollo y aplicación de las energías renovables y hoy en día se encuentran consolidados como países pioneros en el desarrollo de las mayores capacidades instaladas en tecnologías alternativas para el aprovechamiento de los recursos renovables como el agua, el viento, el calor geotérmico, y la biomasa como fuentes de origen renovable para la producción de energía eléctrica. Dada la disponibilidad de al menos uno de los recursos mencionados anteriormente en cualquier región del planeta y la abundancia de estos en algunas zonas favorecidas por su posición geográfica, las fuentes de energía renovables representan inmensos potenciales energéticos para ser aprovechados de una manera sostenible en la medida que su investigación, desarrollo despliegue comercial, así como accesibilidad continúe avanzando como lo ha venido haciendo en los últimos 40 años. A pesar de tener una tendencia positiva en la generación de energía eléctrica mediante la utilización de fuentes renovables la transición no está sucediendo lo suficientemente rápido para alcanzar las metas establecidas en el acuerdo de Paris en el año 2015 donde los países se comprometieron a mantener por debajo de los 2° C el aumento de la temperatura del planeta, pero esto no depende solo del sector de la generación de energía eléctrica, también se encuentran el sector del transporte y el calentamiento y enfriamiento sectores que avanzan en la transición pero de manera lenta en comparación con el sector eléctrico que podría llegar a situarse como libre de emisiones a mediados de este siglo. (REN21, 2017).. 7.

(14) Tabla 1. Indicadores Energía Renovable Generación Eléctrica 2016 (REN21, 2017). 4.2 Contexto Nacional Energía En Colombia Al encontrarse en una zona geográfica muy favorable, Colombia cuenta con una matriz energética aparentemente rica tanto en combustibles fósiles como en recursos renovables.(UPME & BID, 2015) Hoy en día el aprovechamiento de los recursos para la producción energética del país está constituido en un 93% de recursos de origen fósil entre los cuales se encuentran el Carbón mineral, el Petróleo, y el gas natural. En el 7% restante se encuentran la hidroenergía (4%) y la biomasa (3%). Este aprovechamiento de recursos energéticos es realizado en su gran mayoría empresas multinacionales debido a que el país exporta aproximadamente el 69% de los mismos. La lista de recursos fósiles explotados y exportados la encabeza el Carbón mineral con un 94% del total producido lo que indica que de cada 1000 toneladas extraídas 940 son exportadas a otros países para su aprovechamiento, le sigue el petróleo con 66% del total producido; Ya que, 8.

(15) en el país debido a coyunturas netamente políticas, no se cuenta ni con la infraestructura ni con la tecnología suficiente para la refinación del crudo. Finalmente, del 31% restante de los recursos que es aprovechado en el país, el 78% corresponde a recursos de origen fósil y el 22% a recursos de origen renovable como lo son el agua y la biomasa vegetal la cual se aprovecha especialmente en forma de leña, bagazo, y residuos de la agroindustria. Con los valores presentados anteriormente se logra observar que casi tres cuartas partes de los recursos que son explotados en el territorio son enviados a otros países, estos en algunos casos regresan como subproductos con precios elevados como es el caso de la Gasolina, pero aún más preocupante apreciar como el país depende en un 78% de recursos de origen fósil para generar energía eléctrica, los cuales está en capacidad de autoabastecer con los niveles de extracción actuales pues se cuenta con reservas suficientes para cerca de 170 años en el caso del carbón mineral, 7 años para el petróleo y 15 años para el gas natural, teniendo en cuenta que el país importa la totalidad del combustible diésel y gran parte de la gasolina pues como se mencionaba anteriormente no se cuenta con la capacidad de refinación a pesar de tener la materia prima disponible. Debido a esto y dada la baja utilización del carbón mineral en las actividades energéticas, contrastado con la alta y creciente demanda de combustibles líquidos derivados del petróleo y del gas natural, y aun contando las labores de exploración y descubrimiento de nuevas reservas de minerales, el desarrollo de fuentes alternativas locales de energía que puedan sustituir parcial o totalmente estos recursos en las próximas décadas cobra gran relevancia para los gobiernos y la comunidad científica con el fin de satisfacer la demanda energética domestica e industrial futura para no llegar al punto de depender de la importación de recursos a largo plazo. (UPME & BID, 2015). La demanda de energía eléctrica sin incluir a los grandes consumidores especiales (GCE) para el período de septiembre de 2015 a marzo de 2016, ha tenido un crecimiento del 4,75%, estando 1,81% por encima del crecimiento en el mismo período para 2013 -2014. Sin embargo, si se incluyen los GCE (Rubiales y Drummond) el crecimiento para el mismo periodo septiembre 2015 a marzo 2016 alcanzó el 5,01%, mostrando una diferencia del 2,07 %. Este aumento se relacionó principalmente, con los fenómenos de variabilidad climática como el fenómeno de “El Niño” que afronto el país. Por otra parte, la matriz eléctrica, que produce aproximadamente el 17% de la energía final consumida en el país, cuenta con una amplia participación de la energía hidroeléctrica como recurso renovable que representa entre el 70% y 80% de la generación, según variaciones en la hidrología anual y representa el 70% de la capacidad instalada en el territorio nacional.. 9.

(16) Figura 1. Capacidad Generación Eléctrica del Sistema Interconectado Nacional (UPME & BID, 2015). Como se observa en la gráfica los recursos aprovechados para la generación eléctrica son variados pero con muy poca representatividad en la canasta energética, la diversificación y desarrollo de está traería una serie de ventajas fundamentándose principalmente en la disponibilidad de los recursos a utilizar , los grandes avances en cuanto a la reducción en costos de inversión asociados al aprovechamiento de los mismos, la evolución de las tecnologías en términos de rendimientos y capacidades de generación principalmente en el campo de la energía solar fotovoltaica, eólica, cogeneración moderna de calor, electricidad a partir de biomasa y generación geotérmica, comienzan a ganar sentido para ser desarrolladas en la matriz energética nacional, junto con la posibilidad de incrementar el uso de derivados energéticos de la biomasa en el sector del transporte. 4.3 Fuentes No Convencionales De Energía Renovable FNCER Las fuentes no convencionales de energía renovable (FNCER) son aquellos recursos de energéticos que se renuevan mediante ciclos biológicos naturales los cuales se encuentran disponibles a nivel mundial, son ambientalmente sostenibles, pero en el país no son empleadas comúnmente, y de los cuales no hay un gran desarrollo científico o investigación, por lo tanto, no se comercializan ampliamente. Se consideran FNCER la biomasa, los pequeños aprovechamientos hidroeléctricos, la eólica, la geotérmica, la solar y los mares. Otras fuentes podrán ser consideradas como FNCER según lo determine la Unidad de planeación minero energética.(Congreso de Colombia, 2014). 10.

(17) Colombia, por la composición de su industria y su economía, no se caracteriza por ser un gran desarrollador de tecnologías, por lo tanto, pocas son las tecnologías que hoy en día permiten obtener energía final en forma de electricidad, calor y combustibles a partir de las FNCER. Sin embargo, en los últimos años se ha logrado acopiar cierta experiencia en lo que a las tecnologías solar fotovoltaica (FV) y solar térmica se refiere, al igual que el aprovechamiento energético de biomasa especialmente el bagazo de caña subproducto de la industria azucarera para efectos de cogeneración de energía eléctrica y en el desarrollo de algunos proyectos demostrativos con energía eólica. (UPME & BID, 2015) Por otra parte el nivel de recursos disponibles a nivel nacional, como lo es la irradiación solar promedio de 194 W/m2 para el territorio nacional, vientos localizados en velocidades medias de 9 m/s ( 80m de altura Departamento Guajira) y potenciales energéticos del orden de 450.000 TJ por año en residuos de biomasa, representan potenciales atractivos que junto con la existencia de tecnologías probadas para el aprovechamiento de estos recursos, tendencias de costos descendentes, la amplia dependencia del recurso hídrico en términos de generación de energía eléctrica asociada a los riesgos del cambio climático y tarifas accesibles hacen que en Colombia cobre sentido el considerar la utilización de estas fuentes que aún no son explotadas. En el plan de integración de energías renovables que presenta la unidad de planeación minero energética de Colombia se consideran cinco nichos de oportunidad para la utilización de las FNCER los cuales han sido identificados como áreas de alto potencial de desarrollo si el país se lo propone. Dentro de estos se encuentran el desarrollo de proyectos eólicos en zonas de alto potencial como lo es el departamento de la Guajira al norte del país, el desarrollo masivo de sistemas distribuidos de autogeneración solar Fotovoltaica a pequeña y mediana escala, el desarrollo de proyectos de cogeneración a partir del aprovechamiento de la biomasa con fines energéticos, el desarrollo de proyectos geotérmicos en zonas de alto potencial como lo es el macizo volcánico del Ruíz. Y finalmente el despliegue de proyectos a menor escala con FNCER a través de esquemas híbridos de generación como solución energética en zonas no interconectadas ZNI a la Red de energía nacional 4.3.1 Energía Solar Fotovoltaica Cada día toma más fuerza como fuente no convencional de energía renovable, hoy representa la segunda fuente más avanzada y de mayor implementación en el mundo, después de la eólica con una producción de entre el 0,8 y 1% de la demanda mundial de energía(IEA, 2014) con una capacidad instalada de 304 GW a finales de 2016 lo que represento un aumento de más del 100% con respecto a la capacidad instalada en el año 2013 que era de 139 GW con un crecimiento de. 11.

(18) aproximadamente el 34% anual, Países como Alemania, China, e Italia lideran el mercado de la energía solar fotovoltaica contando con capacidades instaladas del orden de 36,19 y 18 GW para 2014.(REN21, 2015) El continuo decrecimiento de los costos de producción y los precios de la tecnología solar fotovoltaica han despertado el interés de los gobiernos por implementar sistemas que representen un apoyo a la red nacional. En el caso de Colombia las fuentes disponibles de información del recurso solar indican que la radiación promedio en el país es de 4,5 kWh/m2/día (UMPE, IDEAM 2005), este valor superior al promedio mundial que se encuentra en 3,9 kWh/m 2/día. Y muy por encima del promedio recibido en Alemania que se encuentra en alrededor de 3 kWh/m 2/día siendo el país con mayor capacidad de aprovechamiento de energía solar mediante plantas fotovoltaicas con más de 36GW. (REN21 2015). Además de contar con buenos niveles de irradiación solar, los países ecuatoriales cuentan con la ventaja de tener recurso a lo largo del año al no experimentar estaciones. Según la Unidad de planeación Minero Energética, regiones del país cuentan con niveles de radiación por encima del promedio nacional llegando hasta los 6 kWh/m2/día como lo son Arauca, Casanare, Vichada y Meta, niveles que representan el alto potencial de las mismas, mientras otras como la Costa Pacífica que se caracteriza por los altos niveles de precipitación a lo largo del año, logra recibir hasta 3,5 kWh/m2/día valor que a pesar de estar por debajo del promedio nacional, sigue siendo superior al de países como Alemania. Frente a la capacidad instalada en el país según la Corporación para la energía y el medio ambiente en Colombia existen alrededor de 9 MW de capacidad instalada distribuidos en sistemas privados, aplicaciones profesionales y soluciones en zonas no interconectadas, en su mayor parte sistemas de baja capacidad, inferior al orden de 10 KW p. Por otra parte, se espera la instalación de sistemas de capacidad superiores a los 10 KW algunos en el orden de varios cientos de KW, tanto en ZNI como en sectores comerciales e industriales. La energía solar fotovoltaica trae beneficios importantes al sector energético nacional, principalmente por la nivelación de costos asociados a la generación de energía con la posibilidad de competir con otras fuentes de generación especialmente a nivel comercial y residencial. Además, la implementación de pequeños sistemas de autogeneración los cuales se facilitan gracias a la versatilidad en materia de practicidad y fácil instalación de la tecnología, estos pequeños proyectos brindan la posibilidad de no depender de la volatilidad y los aumentos de precio en la energía y obtener cierta independencia energética. Por otra parte, el uso de la energía solar fotovoltaica está en capacidad de reemplazar a las plantas de generación térmicas las cuales generan un mayor impacto ambiental, teniendo en cuenta que, de acuerdo con los análisis de ciclo de vida de diferentes tecnologías, los factores de emisiones asociados con los sistemas solares fotovoltaicos se encuentran en el orden de 50 12.

(19) kg CO2 eq/MW-h, frente a valores por encima de 450 kg CO2 eq/MW-h para plantas operadas con combustibles fósiles según estudios del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos. 4.3.2 Energía De La Biomasa La biomasa es uno de los recursos más abundantes, usado tradicionalmente como fuente de energía renovable, y con mayor participación en la canasta energética mundial, siendo utilizado en la mayoría de países subdesarrollados y en vía de desarrollo en forma de leña para generar calor, iluminación, y cocinar los alimentos. La biomasa representa el 9% del consumo mundial de energía final, mientras que todas las otras fuentes de energía renovable suman entre todas un 10%. (REN 21,2015) En lo que se refiere a la producción de energía eléctrica la situación es distinta, pues para el año 2010 la biomasa solo representaba el 1,5% del total de energía eléctrica producida en el mundo, para el 2013 esta cantidad ascendió al 4% aproximadamente con 405 TW-h. En los últimos años se ha venido desarrollando este recurso y su aprovechamiento para la generación de energía eléctrica. Países como EE. UU líder en la generación de electricidad a partir de biomasa con una producción de 59,9 TW-h (IEA 2014) en el año 2013, Alemania y Brasil también han logrado aumentar la participación interna de este recurso produciendo alrededor del 8 % de su energía total a partir de biomasa. Los usos de la biomasa con fines de generación eléctrica generalmente están asociados conjuntamente con su uso para la generación de calor útil a través de sistemas de cogeneración, en otros casos también es utilizada para fines exclusivamente térmicos y para la generación de biocombustibles, teniendo en cuenta estos aprovechamientos la participación de la biomasa asciende casi al 10% en la canasta energética mundial. (REN 21, 2015). En Colombia de aproximadamente 62.200 GW-h de electricidad producidos en el Sistema interconectado nacional (SIN) para 2013, 804 GW-h equivalentes al 1,3% del total de la generación correspondían al aprovechamiento de Biomasa, más exactamente al uso energético del bagazo de caña de azúcar producto secundario obtenido de la refinación del azúcar. También es común el uso de biomasa para producción de calor en la industria representado por el bagazo, la leña, el carbón vegetal y otros residuos de procesos productivos como la palma de aceite y el arroz. Por otra parte, la producción de biocombustibles representa aproximadamente el 4,8 % del consumo final de energía en el sector de transporte. Sin embargo más allá del uso energético que se le da a la biomasa actualmente en Colombia, existe un gran potencial para lograr un mayor y más óptimo aprovechamiento de cultivos energéticos más allá de la porción de aquellos existentes en el caso de la palma de aceite y la caña de azúcar que son utilizados para la producción de biocombustibles, en paralelo a esto está la disponibilidad de 13.

(20) tierras con vocación agrícola en el país, pues se estima que hay cerca de 15 millones de hectáreas con tal vocación las cuales hoy en día no son destinadas a dicha actividad productiva y en la mayoría de los casos presentan problemas por conflicto de uso del suelo, al tiempo que se enfrentan las necesidades y las oportunidades para el desarrollo rural que cobran especial importancia ante un eventual escenario de postconflicto. Es así como esquemas integrales de manejo de los residuos de biomasa provenientes de los procesos agrícolas como por ejemplo residuos de arroz, café, cacao, banano, y otros cultivos que integren el aprovechamiento con fines energéticos, sumado al eventual desarrollo de tierras productivas integradas con plantaciones forestales, han de jugar un papel importante en el desarrollo y modernización del sector agropecuario nacional y en la diversificación de las fuentes de energía en el país. (UPME & BID, 2015) Considerando lo anterior es clara la necesidad de que en el país se estructure en los próximos años una política integral para el aprovechamiento y desarrollo de la biomasa, que tenga como uno de sus pilares principales el aprovechamiento con fines energéticos, en lo que se conoce en la mayoría de los países como una política de bioenergía. Para lo anterior, se puede tomar como guía la experiencia de países como EE.UU., Suecia, Brasil e India, países que son pioneros en el aprovechamiento energético de la biomasa. De igual manera, ya pensando en el largo plazo y con una visión de desarrollo hacia el aprovechamiento sostenible de sus recursos naturales, Colombia puede considerar la modernización y el paso hacia una economía que logre salir de la actual dependencia en el petróleo no solo en el aspecto energético sino también en el consumo de derivados de este recurso como materias primas hacia una economía que se base en otros recursos energéticos de origen renovable entre los que la biomasa se establece como el principal sustituto directo del petróleo (UPME & BID, 2015). La energía obtenida a partir de los dendrocombustibles también conocida como bioenergía es originada directa o indirectamente a partir de biomasa leñosa, o sea, la materia lignocelulósica de árboles arbustos y matorrales. (FAO, 2001) La gran diversidad que hay en el país de fuentes de biomasa, las distintas áreas de desarrollo y los sistemas de producción, así como el aprovechamiento, procesamiento, transporte y los diferentes procesos de conversión que existen en la actualidad para su aprovechamiento abarcan una compleja gama de factores que se encuentran interrelacionados y deben ser tenidos en cuenta para lograr configurar el llamado sistema dendroenergético que es el ideal para dar un óptimo manejo a este recurso.(Quintero & Diez, 2008) Finalmente encontramos que son diversas las aplicaciones y actores que pueden tener los sistemas dendroenergéticos, desde la producción de biocombustibles para la generación de calor en hornos y calderas, pasando por la producción de biocombustibles para el sector del transporte el cual se encuentra en constante crecimiento y desarrollo, y que en los últimos años se ha empeñado en buscar alternativas de combustibles que puedan reducir los costos económicos y ambientales de su funcionamiento.. 14.

(21) Finalmente está la gasificación de biomasa para la generación de energía eléctrica. Este último se establece como uno de los sectores de mayor potencial en el campo de la Dendroenergía ya que en los últimos años se ha logrado desarrollar modelos comerciales óptimos de gasificación de biomasa, los cuales generan gas combustible para alimentar generadores eléctricos que han conseguido proveer energía eléctrica con potencias desde los 10Kwh hasta los 2500Kwh. Modelos que se han implementado principalmente en lugares de difícil acceso a redes eléctricas, pero que se proyectan como gran alternativa a los métodos convencionales de producción energética en las redes nacionales. (UPME & BID, 2015). 4.3.3 Energía Térmica Pequeña Escala La termoelectricidad se considera como la rama de la termodinámica que va paralela a la electricidad donde se estudian los fenómenos donde intervienen el calor y la electricidad. La generación de energía eléctrica a partir de calor emitido por diferentes procesos, o generación termoeléctrica la cual, utilizando principios termodinámicos, y mediante la diferencia de temperaturas aplicadas en la unión de dos materiales diferentes, permiten la generación de una corriente eléctrica. Conocido como el efecto Seebeck se encontró que al unir por ambos extremos dos alambres de diferente material, circuito al cual se le denomina termopar, y al mantener uno de los extremos a una temperatura superior al otro surge una diferencia de tensión la cual hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones, Siempre se sostuvo que Thomas Seebeck fue el que descubrió el efecto termoeléctrico, pero al revisar los primeros trabajos del también conocido Alessandro Volta se ha constatado que en sus estudios sobre electricidad encontró diferencias de potencial debido a la termoelectricidad al probar diversos metales pero no ahondo mucho en este tema. El efecto termoeléctrico se basa principalmente en el paso de electrones de un extremo a otro lo cual genera una corriente eléctrica, al calentar el conductor en uno de los extremos de la unión los electrones de la unión caliente incrementarán su energía respecto a los que ocupan la unión fría por lo tanto se creara una situación de desequilibrio. Los electrones fluirán de la parte caliente a la parte fría donde su energía disminuirá de nuevo de esta manera la transmisión de calor estará acompañada por un acumulación de cargas la cual genera un diferencial de potencial en los ambos extremos del conductor, esta diferencia de potencial se estabilizara en la medida que se llegue a un equilibrio dinámico entre los electrones que fluyen por el gradiente de temperaturas, por lo tanto la adición continua de calor garantizará un flujo continuo de electrones en la búsqueda de esta estabilización, por lo tanto al mantener la diferencia de temperaturas la situación de desequilibrio seguirá existiendo y se seguirá tratando de estabilizar mediante el flujo de electrones. (Santiago Tornos ; Andrés Sotelo, 2006).. 15.

(22) El aprovechamiento de los efectos termoeléctricos ha venido creciendo enormemente en los últimos años mediante el desarrollo de tecnologías que se caracterizan principalmente por la ausencia de partes móviles para la generación de la energía y la completa independencia de algún tipo de combustible fósil para funcionar. El campo con más desarrollo de tipo comercial es un tipo de células conocidas como células Peltier las cuales están diseñadas para permiten refrigerar o calentar dependiendo de las necesidades del consumidor mediante la transmisión de una pequeña corriente eléctrica a la célula (efecto inverso al efecto Seebeck); pero al someter esta célula a una fuente de calor por una de sus caras y temperatura ambiente en la otra se logra obtener un flujo de corriente por los cables el cual puede ser conducido para poner en funcionamiento distintos dispositivos e iluminación, además de la posibilidad de conectar dichas placas en serie para generar potencias más altas. Como se menciona anteriormente es un campo aún en desarrollo el cual promete a futuro se una importante fuente de energía complementaria. 4.4 Desarrollo Sostenible: Se define el desarrollo sostenible como aquel que conduce al crecimiento económico, a la elevación de la calidad de vida y al bienestar social, sin agotar la base de recursos naturales renovables en que se sustenta, ni deteriorar el ambiente o el derecho de las generaciones futuras a utilizarlo para la satisfacción de sus propias necesidades, por lo menos en las mismas condiciones actuales. (Congreso de Colombia, 2014).. 4.4.1 Eficiencia Energética: Es la relación entre la energía aprovechada y la total utilizada en cualquier proceso de la cadena energética, que busca ser maximizada a través de buenas prácticas de reconversión tecnológica o sustitución de combustibles. A través de la eficiencia energética se busca obtener el mayor provecho de la energía, bien sea a partir del uso de una forma primaria de energía o durante cualquier actividad de producción, transformación, transporte, distribución y consumo de las diferentes formas de energía, dentro del marco del desarrollo sostenible y respetando la normatividad vigente sobre el ambiente y los recursos renovables. (Congreso de Colombia, 2014).. 4.4.2 Autogeneración: Aquella actividad realizada por personas naturales o jurídicas que producen energía eléctrica principalmente, para atender sus propias necesidades. En el evento en que se generen excedentes de energía eléctrica a partir de tal actividad estos podrán entregarse a la red, en los términos que establezca la comisión de regulación de energía y gas (CREG) para tal fin. (Congreso de Colombia, 2014).. 4.4.3 Autogeneración Pequeña Escala: Autogeneración cuya potencia máxima no supera el límite establecido por la unidad de planeación mineroenergética (UPME). (Congreso de Colombia, 2014). 16.

(23) 4.4.4 Cogeneración Producción combinada de energía eléctrica y térmica que hace parte integrante de una actividad productiva. (Congreso de Colombia, 2014).. 4.4.5 Energía En La Biomasa: Energía obtenida a partir de aquella fuente no convencional de energía renovable que se basa en la degradación espontánea o inducida de cualquier tipo de materia orgánica que ha tenido su origen inmediato como consecuencia de un proceso biológico y toda la materia vegetal originada por proceso de fotosíntesis, así como de los procesos metabólicos de los organismos heterótrofos, y que no contiene o haya estado en contacto con trazas de elementos que confieren algún grado de peligrosidad. (Congreso de Colombia, 2014).. 4.4.6 Energía Pequeños Aprovechamientos Hidroeléctricos: Energía obtenida a partir de aquella fuente no convencional de energía renovable que se basa en los cuerpos de agua a pequeña escala. (Congreso de Colombia, 2014).. 4.4.7 Energía Solar: Energía obtenida a partir de aquella fuente no convencional de energía renovable que consiste de la radiación electromagnética proveniente del sol. (Congreso de Colombia, 2014).. 4.4.8 Fuentes No Convencionales Energía Renovable (FNCER): Son aquellos recursos de energía renovable disponibles a nivel mundial que son ambientalmente sostenibles pero que en el país no son empleados o son utilizados de manera marginal y no se comercializan ampliamente. Se consideran FNCER la biomasa, los pequeños aprovechamientos Hidroeléctricos, la eólica, la geotérmica, la solar y los mares, Otras fuentes podrán ser consideradas como FNCER según lo determine la Unidad de planeación Minero-Energética. (Congreso de Colombia, 2014).. 17.

(24) 6. METODOLOGÍA. De acuerdo a los objetivos establecidos al inicio del proyecto se definió una metodología para lograr a cabalidad el cumplimiento de los mismos, basándose inicialmente en la recolección de información en campo y la consulta de material bibliográfico e información secundaria, se determinarán las condiciones de los sistemas de energías renovables y los procesos de aprovechamiento de los recursos que se tienen actualmente en el parque natural Chicaque, Así como la viabilidad de implementar nuevas tecnologías para suplir las demandas principalmente energéticas que tiene el parque, de una forma sostenible que sean acordes con los principios de la reserva natural y no generen impactos negativos en el ambiente. Para lograr esto se realizará un acompañamiento técnico mediante visitas periódicas a las instalaciones del parque en el espacio comprendido entre el 10 de enero de 2017 y el 30 de Julio del mismo año, en donde se revisarán cada uno de los sistemas y procesos que se tienen actualmente, donde se recopilarán inicialmente las necesidades energéticas del parque las cuales estarán determinadas teniendo en cuenta los consumos históricos y la demanda actual en cuanto a consumo de energía eléctrica se refiere. Posteriormente se presentará la información específica de los sistemas de energías alternativas implementados actualmente y su estado de funcionamiento, Para finalmente presentar una comparación entre las tecnologías alternativas apropiadas para suplir esta demanda; Para esta comparación se tienen en cuenta criterios técnicos, económicos, y ambientales para cada una de las tecnologías disponibles que puedan dar solución a los requerimientos del parque. En la evaluación de proyectos es ideal comparar los costos de inversión y operación del proyecto con los beneficios que este genera, con el principal objetivo de decidir sobre la conveniencia de su realización, la complejidad al momento de establecer variables en los costos y beneficios que puede traer la implementación de un proyecto es muy alta, es por esto que en esta etapa de selección se empleará un método de análisis mixto el cual permite recolectar analizar y vincular datos de tipo cualitativo y cuantitativo, y posee la ventaja de dar una visión más precisa y adquirir a un mayor grado de comprensión del fenómeno en estudio, la posibilidad de presentar múltiples observaciones y una mayor variedad de perspectivas de análisis. (Pacheco & Contreras, 2008) De acuerdo a lo anterior se empleará el Proceso Analítico Jerárquico (Analytic Hierarchy Process, AHP) metodología de análisis multicriterio, cuyo objetivo principal será la toma de decisiones frente al conjunto de las alternativas elegidas para suplir la demanda energética del parque tomando como referencia algunos criterios de valoración definidos previamente. Para el desarrollo de esta metodología inicialmente se recolectaron los aspectos relacionados con la generación de energía eléctrica utilizando recursos renovables. 18.

(25) como fuente de energía, la información requerida se obtiene consultando a la empresa encargada del manejo de las tecnologías que ya se encuentran implementadas en el parque, la cual brinda datos técnicos y económicos que permiten contextualizar el manejo que se le da al tema no solo en el parque sino en otros proyectos en los que trabaja actualmente la empresa, adicionalmente se realiza la búsqueda bibliográfica sobre otros tipos de tecnologías como la gasificación de biomasa para la obtención de energía eléctrica, así como el contexto actual de las tecnologías alternativas en el país información que también es presentada en el actual documento. Con la información obtenida se establecerán las posibles alternativas para la generación de energía eléctrica aprovechando los recursos disponibles en el parque, en este caso se tendrán como alternativas para fuente de energía la radiación solar, la biomasa de origen forestal y el calor emitido por las chimeneas. Las alternativas se elegirán teniendo en cuenta el criterio de los empleados directamente involucrados con el tema en el parque y el ingeniero a cargo. Posteriormente se realiza la recopilación de información en cuanto a requisitos de las diferentes alternativas, requerimientos ambientales, inversión inicial, costos de operación, procesos de instalación entre otros. Para la selección de la alternativa para la generación de energía eléctrica aprovechando los recursos renovables como fuente de energía se desarrolla la aplicación del método de análisis multicriterio el cual inicia con la formulación del problema en una estructura jerárquica donde además se presentan las alternativas y los criterios elegidos para aplicar la valoración en las siguientes etapas. Como criterios de selección se tendrán en cuenta factores como la facilidad para implementar las alternativas teniendo en cuenta la consecución de mano de obra local, la disponibilidad de las tecnologías en el país, la disponibilidad del recurso, la eficiencia de las alternativas, los costos iniciales de instalación, y la inversión en operación y mantenimiento. Al tener establecidos los criterios se procederá a valorar los elementos dentro de la matriz donde se presentarán cada una de las alternativas contra los criterios definidos anteriormente, para esto es necesario establecer la escala de valoración la cual parte desde el no cumplimiento a cabalidad con las necesidades del parque hasta el cumplimiento satisfactorio de la siguiente manera.. VALOR 1 0 -1. CLASIFICACIÓN Cumple con los requerimientos No aplica o no es representativa No cumple con los requerimientos. Tabla 2. Valoración Análisis Multicriterio. Al tener la tabla de valores se continúa con la calificación tomando como referencia las variables y las alternativas. 19.

(26) CRITERIOS. Alternativa 1 Alternativa 2. Alternativa 3. TOTAL. Eficiencia Requisitos de Instalación Requerimientos ambientales Inversión Inicial Costos de operación y mantenimiento Procedimiento Operación TOTAL Tabla 3. Matriz Análisis Multicriterio. Cada uno de los criterios cuenta con una breve definición: 1. Eficiencia: Este concepto se utiliza básicamente para relacionar los resultados obtenidos con los recursos empleados por lograr este resultado, con los recursos naturales es tomado como un factor clave al momento de evaluar los resultados frente a la cantidad de recursos utilizados para obtener un bien o servicio en este caso la energía eléctrica. 2. Requisitos de Instalación: Este criterio se refiere a las necesidades que tiene la alternativa con respecto al área donde será instalada, la maquinaria necesaria para su instalación, así como la mano de obra y los conocimientos que se requieran para dar inicio al desarrollo de dicha alternativa, las posibles adecuaciones o instalaciones que necesite el terreno. 3. Requerimientos Ambientales: Este parámetro consiste en la validación de los parámetros físico-químicos que requiera la alternativa factores como radiación, humedad, temperatura entre otras cosas. 4. Inversión Inicial: Se hace referencia netamente a los costos asociados a la compra, instalación y puesta en marcha de la alternativa, dentro de esto deberán incluirse los gastos en que se deba incurrir por herramientas, mano de obra, costos de envío entre otras cosas. 5. Costos de operación y mantenimiento: Se asocian los costos posteriores a la puesta en marcha de la alternativa ya sean mantenimientos preventivos o. 20.

(27) correctivos en los cuales se deba incurrir como la compra de repuestos y la mano de obra del personal que opera la alternativa en caso de ser necesario. 6. Procedimiento de operación: En este aspecto se tiene en cuanta la descripción detallada del procedimiento de operación de cada una de las alternativas, la calificación se da teniendo en cuenta la complejidad de la operación, la claridad que se tenga frente al tema o en el correspondiente caso la necesidad de capacitar personal para la operación de la alternativa. Al terminar la evaluación de acuerdo a la valoración definida se procederá a sumar cada columna de cada alternativa con el fin de verificar que el mayor resultado corresponda a la mejor alternativa, además se sumarán los valores de las filas para establecer el criterio con más peso que presenta la matriz. Finalmente se realiza el proceso de priorización, síntesis y análisis de sensibilidad para esta etapa se realiza un cálculo matemática, que parte de la suma de los totales de las calificaciones de cada una de las alternativas y la división de estos entre el total de la suma de la calificación de todas las alternativas. Estos datos resultantes son llevados a una matriz columna denominada vector de prioridades donde los valores contenidos en ella representan la importancia que tiene cada alternativa dentro de la valoración. Se desarrolla el modelo matemático propuesto por la CEPAL en su manual metodológico para la priorización y evaluación de proyectos la cual se presenta a continuación con el objetivo de determinar la razón de consistencia.. 6.1 Calculo Razón de Consistencia El cálculo de la razón de consistencia está dado por 𝐶𝐼. RC= 𝐼𝐴 donde : 𝜆 max − 𝑛. CI = 𝑛−1 n equivale al número de criterios elegidos IA= El indica aleatorio está dado por la siguiente tabla:. Tamaño matriz. de. Índice Aleatorio. la 2 0. 3. 4. 0.58 0.9. 5. 6. 7. 8. 9. 1.12. 1.24. 1.32. 1.41. 1.45. Tabla 4. Valores índices Aleatorios.. 21.

(28) Para hallar el Índice de consistencia tenemos que: 𝝀 𝐦𝐚𝐱 = 𝑽 ∗ 𝑩 Dónde: 𝜆 Max = máximo valor propio de la matriz de comparaciones a pares. V = Vector de prioridades o vectores propios que se obtuvieron de la matriz de comparaciones. B = Matriz Fila correspondiente a la suma de los elementos de cada columna de la matriz. Reemplazando las variables la ecuación queda de la siguiente manera: 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝜆 max = (𝑎 𝑏 𝑐 ) [𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑏] 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐 𝜆𝑚𝑎𝑥 = [(𝑎 ∗ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎) + (𝑏 ∗ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑏) + (𝑐 ∗ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐)]. Al tener el valor de 𝜆𝑚𝑎𝑥 reemplazamos en la ecuación de índice de consistencia. Para el análisis de sensibilidad se verifican los cálculos matemáticos, y se verifican los resultados de la razón de consistencia; si el valor es menor a 0.1 el modelo aclara que no se requiere reevaluar los criterios expresados en la matriz de comparaciones y que el resultado se ajusta a lo planteado por el modelo. Por otra parte se desarrollara un manual acerca de las energías alternativas y su aprovechamiento, el cual estará dirigido principalmente a los guías y empleados del parque para que lo consulten y compartan la información con los visitantes del parque así como para las personas del común que quieran conocer más acerca del tema, desde el tipo de recurso, los procesos por los cuales pasa para su transformación pasando por lo que se ha trabajado en el parque y las principales recomendaciones para el manejo de estas. Finalmente, el parque contará con estas dos herramientas al momento que desee tomar decisiones frente al tema de las energías alternativas más apropiadas para suplir su demanda energética sin la necesidad de emplear combustibles de origen fósil, basándose en fuentes renovables presentes en el parque sin generar impactos negativos al ecosistema que con tanto esmero protege.. 22.

(29) 7. ESTADO ACTUAL DE LAS TECNOLOGIAS APROPIADAS IMPLEMENTADAS EN EL PARQUE NATURAL CHICAQUE Hoy en día el parque cuenta con aprovechamientos alternativos como lo son la planta generadora micro-Hidroeléctrica, una serie de paneles fotovoltaicos y estufas de doble combustión las cuales gracias a su sistema de conductos de entrada y salida de aire aumentan la eficiencia al momento de aprovechar la biomasa de origen forestal en forma de leña. A continuación, se presentan las principales características de los sistemas mencionados anteriormente y su estado actual a la fecha del 30/07/2017.. NOMBRE TECNOLOGÍA. Generador Micro- Panel solar Chimenea de Doble hidroeléctrico Fotovoltaico Combustión. FUENTE DE Agua - Quebrada la Sol (Dos horas /día) OBTENCIÓN Playa DE ENERGÍA. Biomasa origen Forestal (leña bosque). PROCESO DE Captación Recurso CONVERSIÓN Quebrada la Playa Conducción (Diferencia de alturas)- Entrada en la turbinaTransformación Energía Mecánica en Eléctrica – Conducción de la corriente Alta Tensión hasta un rectificador y un Inversor - Salida del Recurso. (Continúa su cauce en la quebrada).. La estufa de doble combustión utiliza la biomasa en forma de leña la cual es encendida por medio de papel o cartón y cuenta con una palanca de desvío de humo que permite encender y recargar la chimenea una de control de fuego las cual ayuda a controlar la temperatura que emite la chimenea y un soplador de aire que mediante su accionar distribuye el aire caliente generado por la chimenea en el lugar deseado.. Captación De los fotones en celdas fotovoltaicas – Generación de la corriente eléctrica – Conducción Corriente hasta baterías Solares – Transformación de la Corriente AC/DC – Utilización Energía. 23.

(30) CAPACIDAD KW h. 1,2 KW-h. 2 KW- h. 4.2 KW-h/ KG. ESTADO ACTUAL. INACTIVO. INACTIVO. ACTIVO HABITUAL. VIDA UTÍL. 5 años de Garantía. Paneles: 20 años. 7 años de Garantía. Uso y Baterías 5-12 años mantenimiento adecuado 10-20 años. USO. Mantenimiento y uso adecuado 10-20 años.. Tabla 5. Estado actual tecnologías apropiadas parque natural Chicaque. 8. DEMANDA ENERGETICA PARQUE NATURAL CHICAQUE Debido a que hace varios años a la zona alta del parque donde se encuentran la portería, la vivienda empleados, el Restaurante Arboloco y la zona alta de camping no llegaba la Red eléctrica nacional, era necesario contar con un generador de energía propio, Teniendo en cuenta las facilidades de adquisición, y manejo de la maquina se opta por adquirir una planta generadora, la cual funciona con Diésel como fuente de combustible, posteriormente gracias al interés de la dirección por reemplazar este tipo de generadores convencionales se van implementando los sistemas de aprovechamiento de la energía solar y la micro-hidroeléctrica los cuales cuentan con la capacidad de suplir completamente la energía de la zona alta, sin embargo en muchos casos la intermitencia de estos sistemas y algunos daños generados en el circuito han evitado que la planta Diesel sea reemplazada por completo, sin embargo hay ciertos paneles que funcionan permanentemente entre los cuales está el que brinda energía a la vivienda de los empleados los paneles de la portería y los que se encuentran conectados directamente a los congeladores del restaurante Arboloco los cuales representan un alto consumo de energía. Al no contar con un aparato que registre el consumo por hora que se tiene en la zona alta, no es posible llevar un recuento del mismo, pero teniendo en cuenta los aparatos que funcionan en el restaurante, la portería y la vivienda de los empleados se estima un consumo de aproximadamente 4 KW-h.. 24.