N° tesis: jcb
PROYECTO FIN DE CARRERA
Presentado a
LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
Para obtener el título de
INGENIERA ELÉCTRICA
por
Angela María Alarcón Chaparro
PLAN DE SUMINISTRO ENERGÉTICO EN SAN ANDRÉS DE
TUMACO
Sustentado el día mes de año frente al jurado: 12 de enero de 2017
Composición del jurado
- Asesor: Ángela Inés Cadena Monroy, Profesor Asociado, Universidad de los Andes
- Jurados : Javier Rodríguez, Profesor Asistente /Universidad de los Andes Andrés Pantoja, Profesor Asistente /Universidad de Nariño
Plan de suministro energético en San Andrés De Tumaco
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Contenido
1 OBJETIVOS... 6
1.1 Objetivo General ... 6
1.2 Objetivos Específicos ... 6
1.3 Alcance y productos finales ... 6
2 DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO ... 6
3 METODOLOGÍA DEL TRABAJO. ... 8
3.1 Plan de trabajo ... 8
4 TRABAJO REALIZADO ... 8
4.1 Caracterización socio-económica de la zona... 8
4.2 Caracterización del consumo de energía eléctrica ... 10
4.2.1 Zona Rural ... 10
4.2.2 Zona perteneciente al Sistema Interconectado Nacional ... 14
4.2.3 Estimación de la demanda en San Andrés de Tumaco para el año 2015 ... 17
4.3 Oferta de recursos energéticos en San Andrés de Tumaco ... 18
4.3.1 Energía solar fotovoltaica ... 18
4.3.2 Energía eólica ... 19
4.3.3 Biomasa ... 20
4.3.4 Plantas de generación eléctrica diésel ... 21
4.3.5 Costo de implementación, administración, operación y mantenimiento de las diferentes tecnologías. ... 22
4.4 Simulación y Descripción del Resultado Final ... 23
4.4.1 Suministro de Energía Eléctrica para la ZNI de San Andrés de Tumaco ... 23
4.4.2 Simulación Suministro de Energía Eléctrica para la ZNI en localidades específicas de San Andrés de Tumaco. ... 28
4.4.3 Análisis de los resultados ... 37
5 RETOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA SOLUCIÓN ... 38
6 CONCLUSIONES ... 40
7 AGRADECIMIENTOS ... 41
Plan de suministro energético en San Andrés De Tumaco
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INDÍCE DE FIGURAS
Figura 1 Utilización de las viviendas en la zona rural de San Andrés de Tumaco, Nariño . 11
Figura 2 Consumo por fuente de energía en la zona rural de San Andrés de Tumaco. ... 11
Figura 3 Consumo de energía eléctrica por proceso en las viviendas del sector rural de San Andrés de Tumaco ... 12
Figura 4 Suministro de energía eléctrica en la zona rural de Nariño ... 13
Figura 5 Distribución de plantas de generación diésel en San Andrés de Tumaco. [7] ... 14
Figura 6 Demanda diaria en día ordinario en San Andrés de Tumaco [8] ... 16
Figura 7 Demanda diaria en día sábado en San Andrés de Tumaco [8] ... 16
Figura 8 Demanda diaria en día domingo en San Andrés de Tumaco [8] ... 16
Figura 9 Proyección de la demanda en San Andrés de Tumaco (2015-2040) ... 17
Figura 10 Mapa de radiación solar en la zona de San Andrés de Tumaco [12] ... 18
Figura 11 Mapa de viento en la zona de San Andrés de Tumaco [12] ... 20
Figura 12 Mapa de biomasa en San Andrés de Tumaco [12] ... 21
Figura 13 Plantas diésel disponibles en San Andrés de Tumaco ... 22
Figura 14 Sistema de generación implementado en HOMER PRO ... 23
Figura 15 Perfil de carga diario en ZNI ... 24
Figura 16 Perfil de carga anual en ZNI ... 24
Figura 17 Resultados ZNI San Andrés de Tumaco ... 24
Figura 18 Producción eléctrica promedio mensual... 25
Figura 19 Flujo de caja sistema hibrido óptimo ... 25
Figura 20 Resumen de resultados ZNI San Andrés de Tumaco ... 25
Figura 21 Producción eléctrica mensual promedio de las plantas eléctricas ... 26
Figura 22 Flujo de caja de plantas eléctricas ... 26
Figura 23 Resumen de resultados de las plantas eléctricas ... 26
Figura 24 Comparación Escenario óptimo vs plantas eléctricas ... 27
Figura 25 Comparación Flujo de caja escenario óptimo menos escenario plantas eléctricas ... 27
Figura 26 Resultados proyección 25 años ZNI Tumaco ... 28
Figura 27 Proyección de energía eléctrica por componente... 28
Figura 28 Perfil de carga diario en Pital... 29
Figura 29 Perfil de carga anula en Pital ... 30
Figura 30 Resultados Pita ... 30
Figura 31 Producción eléctrica promedio mensual Pital... 30
Figura 32 Flujo de caja sistema hibrido optimo Pital ... 31
Figura 33 Resumen de resultados Pital ... 31
Figura 34 Producción eléctrica mensual promedio de las plantas eléctricas Pital ... 31
Figura 35 Flujo de caja de plantas eléctricas Pital ... 32
Figura 36 Flujo de caja de plantas eléctricas Pital ... 32
Figura 37 Comparación Escenario óptimo vs plantas eléctricas Pital ... 32
Figura 38 Comparación Flujo de caja escenario óptimo menos escenario plantas eléctricas Pital... 33
Figura 39 Perfil de carga diario en Bocas de Curay ... 33
Figura 40 Perfil de carga anula en Bocas de Curay ... 34
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Figura 42 Producción eléctrica promedio mensual Bocas de Curay ... 34
Figura 43 Flujo de caja sistema hibrido optimo Bocas de Curay ... 35
Figura 44 Resumen de resultados Bocas de Curay ... 35
Figura 45 Producción eléctrica mensual promedio de las plantas eléctricas Pital ... 35
Figura 46 Flujo de caja de plantas eléctricas Bocas de Curay ... 36
Figura 47 Flujo de caja de plantas eléctricas Bocas de Curay ... 36
Figura 48 Comparación Escenario óptimo vs plantas eléctricas Bocas de Curay ... 36
Figura 49 Comparación Flujo de caja escenario óptimo menos escenario plantas eléctricas Bocas de Curay ... 37
INDÍCE DE TABLAS
Tabla 1 Distribución de la población de San Andrés de Tumaco según la zona y el suministro de energía eléctrica... 10Tabla 2 Características del consumo energético en la zona rural de San Andrés de Tumaco ... 13
Tabla 3 Demanda mensual y anual de energía eléctrica en la zona rural de San Andrés de Tumaco. ... 13
Tabla 4 Consumo de energía eléctrica de la zona perteneciente al SIN del año 2015 ... 15
Tabla 5 Caracterización del consumo de energía eléctrica del año 2015 para el municipio de San Andrés de Tumaco en kWh. ... 17
Tabla 6 Demanda y proyección de energía eléctrica de San Andrés de Tumaco (2015-2040) ... 18
Tabla 7 Promedio de radiación solar mensual en San Andrés de Tumaco en el año 2015 [12] ... 19
Tabla 8 Velocidad del viento mensual en San Andrés de Tumaco [12] ... 20
Tabla 9 Cantidad de biomasa en San Andrés de Tumaco [12]... 21
Tabla 10 Precios de inversión, AOM anual y repuestos de las diferentes tecnologías a estudiar en USD/kW. ... 23
Plan de suministro energético en San Andrés De Tumaco
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INTRODUCCIÓN
San Andrés de Tumaco es un municipio localizado en el suroccidente de Colombia, en el departamento de Nariño. Es conocido como La Perla del Pacífico por ser el segundo puerto en importancia sobre el océano Pacífico después de Buenaventura, su economía se basa principalmente en tres pilares: la pesca, la agricultura donde resalta el cultivo de palma africana y las actividades portuarias. En cuanto al servicio de energía eléctrica se puede afirmar que este es deficiente debido a las condiciones de suministro. Este puede ser analizado desde dos perspectivas: el realizado por el Sistema Interconectado Nacional (SIN) y el de las zonas con un servicio deficiente o en casos inexistente que puede asimilarse al de las Zonas No Interconectadas (ZNI).
En la zona interconectada es servicio de energía eléctrica presenta inconvenientes recurrentes debido a la ubicación del municipio, pues se encuentra en el extremo del SIN. Hasta hace poco, el suministro dependía solo de la línea Pasto Tumaco la cual es vulnerable a actos terroristas y a desastres naturales, con lo cual la confiabilidad es baja. En el 2013 se realizaron 18 ataques a torres de transmisión por lo cual no hubo energía eléctrica durante 18 días. Es importante mencionar que si alguna de las 387 torres de energía falla el servicio a Tumaco es interrumpido.
En las otras zonas el servicio es abastecido parcialmente por medio de plantas eléctricas diésel y hay grupos de población que no cuenta con servicio de energía eléctrica. El Estado ha implementado en Nariño los Planes de Energización Rural Sostenible (PERS) con los que se busca incentivar la utilización de recursos de la región en la generación eléctrica, caracterizando la demanda de energía en cada zona y analizando la oferta de recursos energéticos locales. Gracias a esta iniciativa nació el proyecto: Análisis de Oportunidades Energéticas con fuentes Alternativas en el departamento de Nariño (ALTERNAR) de la Universidad de Nariño, en el cual se busca elaborar diseños para zonas apartadas con generación a partir de energías renovables y redes de distribución inteligentes.
El grupo de investigación ALTERNAR estudia las características de la zona, realizando mediciones de radiación solar, velocidad del viento, potencia hídrica y biomasa, con base a esto se quiere llegar a la implementación de un nuevo plan energético sostenible que incluya redes inteligentes.
Dado que, en su mayoría, San Andrés de Tumaco es un municipio perteneciente al SIN su problemática no ha sido estudiada en el marco del trabajo de ALTERNAR. Este proyecto de grado busca complementar la iniciativa del grupo ALTERNAR al estudiar las diferentes opciones de generación aprovechando los recursos energéticos de San Andrés de Tumaco y a partir de ello hacer un estudio de viabilidad de, de tal forma que se pueda dar la mejor solución a esta comunidad.
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OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
Elaborar un plan de generación de energía eléctrica para el municipio de San Andrés de Tumaco a partir de recursos renovables, de tal forma que se pueda abastecer la demanda eléctrica de la zona no interconectada del municipio de manera confiable.
1.2 Objetivos Específicos
• Evaluar la prestación del servicio de energía, su cobertura, el consumo por usuario y de esta forma plantear escenarios de crecimiento de la demanda del municipio. • Identificar recursos energéticos disponibles para el suministro descentralizado en
las zonas no interconectadas del municipio de San Andrés de Tumaco.
• Estudiar la viabilidad de diferentes opciones de generación de energía eléctrica y hacer una propuesta para abastecer la demanda estimada.
• Identificar los retos para la implementación de la solución recomendada.
1.3 Alcance y productos finales
Se propondrá un plan de generación de energía eléctrica para el municipio de San Andrés de Tumaco a partir de fuentes alternativas, teniendo en cuenta factores eléctricos y socioeconómicos, en un periodo de 25 años.
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DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO
El servicio de suministro de energía en Tumaco está dividido, debido a su ubicación y extensión: existen centros poblados pertenecientes al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SIN), cercanas a la carretera principal Pasto-Tumaco, y otras zonas no interconectadas (ZNI).
La Zona Interconectada (ZI) es el área donde el servicio de electricidad es suministrado por el SIN, el servicio de distribución es prestado por Centrales Eléctricas de Nariño (CEDENAR S.A.). El sistema está conformado por las subestaciones principales de Tumaco y Buchely, alimentadores y transformadores. La energía eléctrica viene de la línea Pasto- Tumaco que cuenta con 387 torres y energiza dos subestaciones: Junín y Buchelly de las cuales se alimentan subestaciones menores, la segunda es la que suple la energía a la subestación de Tumaco (34,5 /13,8). El sistema residencial reúne los estratos socioeconómicos uno a cuatro y concentra el 98 % de los suscriptores al sistema de energía eléctrica, el sistema no residencial cuenta con 1.139 suscriptores, de los cuales un 80% pertenece al sector comercial, un 4,7% al sector industrial y un 11,6% al sector oficial. [1]
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Las Zonas No Interconectadas (ZNI) están definidas como aquellas áreas geográficas que no se encuentran conectadas eléctricamente al sistema interconectado nacional (SIN), razón por la cual reciben energía eléctrica a través de soluciones locales de generación, en el caso de este municipio la Electrificadora de la Zona Rural de Tumaco ( EAT ELECTROZORT S.A. E.S.P.) presta este servicio desde el año 2003 de forma intermitente a lo largo del día con ayuda de plantas eléctricas alimentadas con diésel. La capacidad de estas plantas es de 2.5 MW que no alcanzan a suministrar la demanda de forma constante ni eficiente a la población rural de Tumaco. [20]
En el año 2015 el municipio de San Andrés de Tumaco consumió 93 GW durante el año según la información recolectada por el Sistema de información Única de servicios públicos (SUI), el 97% de la población y de los consumidores de la región hacen parte del estrato 1, a esto se le suma que en la zona rural todavía se utiliza leña para actividades de cocción.
Uno de los mayores problemas de Tumaco en los últimos años ha sido la violencia, esta fue la razón principal para que se cerraran más de 800 empresas entre los años 2014 y 2015, así mismo el sistema eléctrico ha sufrido debido a que el municipio de San Andrés de Tumaco es el punto final del circuito, lo cual hace que su vulnerabilidad sea mayor, si alguna de las 387 torres de energía del sistema deja de funcionar, el suministro para el municipio se corta inmediatamente. [15]
Teniendo en cuenta que dentro del plan de expansión de la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) no se planea ampliar la capacidad del sistema eléctrico en esta región del país, se requiere una solución que permita que las zonas rurales cuenten con energía eléctrica y las zonas no pertenecientes al SIN puedan tener un sistema confiable, es por eso que se plantea el estudio de diferentes alternativas para suplir y suministrar el servicio de energía eléctrica en San Andrés Tumaco, para ello es necesario entender el entorno e identificar las alternativas de energías renovables que puedan ayudar a suplir la demanda requerida en ZNI. [1]
Este proyecto busca hacer una propuesta para aumentar la disponibilidad de energía eléctrica en Tumaco a partir de la información consultada y buscando que se tenga retorno de la inversión, por ello se realiza el estudio de viabilidad con el software HOMER PRO que optimiza un sistema energético a partir de los costos que se le entregue. El fin del proyecto es buscar la solución más viable y confiable para atender la demanda.
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METODOLOGÍA DEL TRABAJO.
A partir de la información de consumo de energía eléctrica del municipio de San Andrés de Tumaco, de la red eléctrica y plantas de generación diésel instaladas se realizó:
1. Caracterización socioeconómica de la zona donde se establece las fuentes económicas y los recursos de la región.
2. Caracterización del consumo eléctrico, identificando la fuente de información de consumo de energía eléctrica más coherente y confiable.
3. Valoración de la oferta energética, con la cual se estiman los recursos necesarios para suplir la demanda de energía eléctrica.
4. Identificación de la solución complementaria para determinar el modelo es el más acorde a las necesidades del municipio.
5. Identificación de retos para el planteamiento de la solución propuesta.
3.1 Plan de trabajo
El presente trabajo se desarrolló en diferentes etapas, en primer lugar, se realizó la caracterización de la demanda de energía eléctrica a partir de la información de consumo recopilada por el Sistema Único de Información de servicios públicos (SUI) y de los resultados de las encuestas realizadas por el Plan de Energización Rural Sostenible en Nariño (PERS – Nariño). Posteriormente, se estudió la oferta de recursos energéticos del municipio, tomando como base los datos obtenidos por el grupo ALTERNAR que están compilados en la aplicación web Geoalternar, donde se encuentran mapas energéticos de recurso solar, eólico y biomasa. Por último, a partir de las etapas anteriores se realiza la simulación en el software especializado en la optimización de micro redes HOMER PRO.
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TRABAJO REALIZADO
4.1 Caracterización socio-económica de la zona
San Andrés de Tumaco se encuentra ubicado a los 2°-48’ – 24’’ de latitud norte y 78°- 45 ‘– 53’’ de longitud al oeste del meridiano de Greenwich, sobre la costa pacífica del departamento de Nariño en Colombia, a 300 kilómetros al suroccidente de la ciudad de San Juan de Pasto,se encuentra a 3 metros sobre el nivel del mar, su temperatura media es de 26,2°C, la precipitación media anual es de 2,2 milímetros y además es el segundo puerto marítimo sobre el Océano Pacífico.
El área municipal es de 3.778 kilómetros cuadrados que representan el 12% del departamento de Nariño, cuenta con 199.098 habitantes, es el segundo municipio con el mayor número de habitantes en el departamento, después de la capital. La población está distribuida de la siguiente forma: 54,79% en la cabecera municipal y el 45.21% en las zonas rurales. [2]
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San Andrés de Tumaco es una de las fuerzas económicas del departamento de Nariño debido a que el municipio hace parte de los territorios estratégicos por su posición geográfica de frontera internacional, puerto marítimo y su riqueza física y socio cultural. Otra de las características importantes de Tumaco es que posee la totalidad de la palma africana que se siembra en Nariño, el 92% del cacao y el 52% del coco, teniendo en cuenta que la economía costera del pacífico nariñense se basa principalmente en la agricultura. [1]
Los productos agrícolas más importantes para el municipio en el 2013 fueron: cacao, palma de aceite, plátano, coco y yuca; esto, por área sembrada (97,5%), generación de ingresos (93%) y empleo (95%); seguidos de cítricos, banano, arroz, borojó, caña panelera, chontaduro y palmito, que aportan un 6,2% al ingreso agrícola de Tumaco. La Palma de aceite, como cultivo se constituyó desde 1960 en la actividad productiva y comercial más importante del área, con el aceite crudo de palma, como principal producto de exportación de Nariño a través del puerto de Tumaco, entre los años 1997 y 2010. Después de la crisis en la producción de palma en los últimos años, vuelve a presentarse como una importante fuente de empleo y alternativa de producción para pequeños y medianos productores, luego de muchos años de incertidumbre de la comunidad y de los empresarios del sector, sobre las posibles soluciones fitosanitarias para sacar adelante las plantaciones. [3]
Uno de los planes que se quiere implementar es el apoyo al sector empresarial para promover su permanencia en San Andrés de Tumaco. El debilitamiento del sector empresarial es un hecho relacionado principalmente con la dinámica de violencia e inseguridad en los últimos años. Una de las preocupaciones más grandes de los dirigentes del municipio es la realización de un plan local para la formalización y generación de emprendimiento y empleo pues, aunque Tumaco no cuenta con una medición oficial de desempleo se estima que la tasa de desocupación y desempleo es mayor al 70%. Una de las estrategias planteadas implicaría: complementariedad de los factores de producción territorial, que son relativamente abundantes. Educar y entrenar a la comunidad para mayores emprendimientos, por lo cual se necesitaría de la participación del sector público y privado, fortalecer la oferta de servicios potencializando todos los recursos de la región, para esto se ha formulado el Plan de Desarrollo de las micro, pequeñas y medianas empresas con el apoyo de diferentes entidades como: Cordeagropaz, Colombia responde, UACT entre otros. [3]
San Andrés de Tumaco es una región con enorme potencial debido a su ubicación y sus recursos naturales que se pueden explotar para mejorar las condiciones de vida de sus habitantes. Después del censo realizado en el 2005 se encontró que Tumaco tiene una triste realidad, pues cuenta con una tasa alta de Necesidades Básicas Insatisfechas (NBI) (49%), mayor a la de Nariño y Colombia, también sus índices socio económicos no son tan favorables porque el nivel de pobreza es del 3,5%. [2] Además, Nariño es
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un departamento poco competitivo y los servicios públicos son poco confiables o incluso inexistentes.
4.2 Caracterización del consumo de energía eléctrica
En el 2015, San Andrés de Tumaco contaba aproximadamente con 199.098 habitantes según las proyecciones del Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), que están divididos de la siguiente manera: 59% en el sector urbano y 41% en el sector rural.
La demanda de energía eléctrica en el sector urbano está cubierta en su totalidad por el SIN, mientras que el sector rural está seccionado debido a que una parte de la energía eléctrica es suministrada por el SIN, y la otra es un área perteneciente a las ZNI. Las fuentes de información también se encuentran repartidas, así: el SUI provee la información del consumo de electricidad del SIN y el PERS –Nariño centra sus estudios en las zonas rurales de los municipios de Colombia.
Tabla 1 Distribución de la población de San Andrés de Tumaco según la zona y el suministro de energía eléctrica
Conectados a la red No conectados a la red Viviendas Habitantes Viviendas 2 Habitantes3
Urbano 26.203 117.914 - -
Rural 13.168 59.151 4.905 22.033
Total 177.065 22.033
El 75% de la población de San Andrés de Tumaco habita en la zona urbana y tiene cobertura del SIN, sin embargo, hay 22.033 habitantes que no cuentan con esta cobertura, por lo tanto, algunos se basan en sistemas de generación alternativa como plantas eléctricas diésel para cubrir la demanda insatisfecha.
La caracterización de la demanda de energía eléctrica en San Andrés de Tumaco se realizó por segmentación, debido a que las necesidades de consumo y de generación de energía son diferentes para cada uno de los sectores, así como la información del estudio, de esta forma se analizará primero el consumo de la zona rural que cuenta con parte del Sistema interconectado nacional como parte de zona no interconectada. En seguida, se estudiará el consumo del año 2015 en las zonas donde se suministra el servicio de energía eléctrica por medio del SIN y por último se concluirá con la demanda del municipio entero.
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Los PERS se centran en estudiar detalladamente el comportamiento de la demanda energética de cada zona rural a partir de mediciones del consumo, de esta forma realizan un diagnóstico energético y socioeconómico para realizar una línea base local, zonificada y verídica. La predicción de la demanda eléctrica se realiza con base a referencias bibliográficas y formulación de modelos, para así hallar la forma óptima de suplir esta demanda. [4]
Uno de los factores que afecta el consumo de energía es la aplicación que se le dé, en el caso de la zona rural la mayor parte de habitantes viven en casa cuya función principal es residencial, tal como se observa en la Figura 1. [5]
Figura 1 Utilización de las viviendas en la zona rural de San Andrés de Tumaco, Nariño
Según la encuesta y modelación de la demanda de energía residencial para viviendas rurales del departamento de Nariño realizado por el PERS Nariño se obtuvo que el consumo mensual en la zona del Pacifico Sur es de 11.708.067 MCal, que se distribuyen en diferentes fuentes de energía como carbón, gas licuado de petróleo, leña y energía eléctrica. En la Figura 2 se muestra el porcentaje de utilización de cada fuente de energía en el consumo mensual en San Andrés de Tumaco, se observa que el consumo de carbón en esta zona es casi nulo, en comparación con las demás fuentes de energía. [5]
Figura 2 Consumo por fuente de energía en la zona rural de San Andrés de Tumaco.
PERS - Nariño también creó un modelo para caracterizar toda la demanda energética del departamento de donde se concluyó que el consumo mensual en la zona del
89% 8%
3%
Residencial
Residencial comercial
Residencial cultivos
Energía Eléctrica
15%
Leña 61%
GLP 24%
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Pacífico Sur, es de 1.966.206 kWh. Para la construcción del modelo de demanda de energía eléctrica para las viviendas rurales del departamento de Nariño se tomaron variables que caracterizaran el consumo de energía. Según los resultados de la encuesta que realizó PERS Nariño las variables son:
Iluminación: el consumo de energía eléctrica realizado por el uso de las fuentes de iluminación, principalmente bombillas incandescentes, ahorradoras y fluorescentes.
Refrigeración: el consumo de energía eléctrica realizado por el uso de sistemas de enfriamiento y refrigeración, principalmente neveras, nevecones, cavas y congeladores.
Ambiente: el consumo de energía eléctrica realizado por el uso de ventiladores.
Calentamiento de Agua: el consumo de energía eléctrica realizado por el uso de calentadores y duchas eléctricas.
Cocción: el consumo de energía eléctrica realizado por el uso de estufas eléctricas para la preparación de alimentos y calentamiento de agua.
Aparatos eléctricos y electrónicos: el consumo de energía realizado por el uso de aparatos eléctricos y electrónicos como licuadoras, cafeteras, planchas, lavadoras, aspiradoras, radios, televisores, equipos de audio y video. [4]
En la zona de Tumaco se tiene que la cocción se realiza principalmente con leña y en ciertos casos con combustibles fósiles, por lo tanto, no afecta mucho en el consumo de energía eléctrica mensual. Otro factor que afecta este estudio es que no se tiene un consumo energético realizado por el calentamiento de agua, por lo cual el consumo de energía eléctrica se ve afectado principalmente por la refrigeración, aparatos eléctricos e iluminación tal como se puede observar en la Figura 3. [5]
Figura 3 Consumo de energía eléctrica por proceso en las viviendas del sector rural de San Andrés de Tumaco
El resumen de energía eléctrica según los datos obtenidos por el PERS- Nariño tiene las características que se muestran a continuación:
24%
39% 2%
11% 24%
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Tabla 2 Características del consumo energético en la zona rural de San Andrés de Tumaco
Consumo kWh /mes 1.966.206
Consumo promedio vivienda/mes 89,73
Consumo per cápita/día 0,66
Promedio habitante / vivienda 4,5
Existen diferentes formas de suministro de energía eléctrica en la zona rural de San Andrés de Tumaco, aquí se encuentra la red pública, plantas eléctricas municipales, propias y compartidas. Además, también hay viviendas en donde no utilizan energía eléctrica, esto se debe a que utilizan otros recursos como leña o combustibles fósiles para poder satisfacer sus necesidades básicas como la cocina. A partir de los estudios de PERS - Nariño se obtuvo la distribución del suministro del servicio de energía eléctrica a los usuarios en esta zona del municipio, en el cual se puede observar que el 79% de los usuarios hacen parte del Sistema interconectado nacional (SIN) y el 21% restante pertenece a la zona no interconectada (ZNI). [5]
Figura 4 Suministro de energía eléctrica en la zona rural de Nariño
Teniendo en cuenta los datos de la Tabla 2 se obtiene un resumen de la demanda en kWh/mes y kWh/año para cada fuente de la canasta del suministro energético, para ello se multiplicó el consumo promedio de vivienda/mes por el número de viviendas. De forma global se muestra que la demanda de energía eléctrica en la zona rural de Tumaco está conformada de la siguiente forma:
Tabla 3 Demanda mensual y anual de energía eléctrica en la zona rural de San Andrés de Tumaco.
kWh/mes kWh/año
No utiliza EE 72.236 866.828 Red pública 1.526.062 18.312.743
3% 79%
14%
2%
2% 18%
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Planta Municipal 282.482 3.389.781 Planta propia 32.843 394.110 Planta Compartida 52.584 631.007 Total 1.966.206 23.594.469
Según la información entregada por el Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para las zonas no interconectadas (IPSE), San Andrés de Tumaco cuenta actualmente con una serie de plantas eléctricas las cuales abastecen el 18% del consumo de la población rural de Tumaco, es decir aproximadamente 147.163 kWh/mes. Actualmente hay 77 plantas eléctricas diésel administradas por la electrificadora de la zona rural de Tumaco: EAT ELECTROZORT S.A. E.S.P, manteniendo la distancia de 1km como establece la Comisión de regulación de Energía y Gas (CREG) como se muestra en la Figura 5. [6]
Figura 5 Distribución de plantas de generación diésel en San Andrés de Tumaco. [7]
4.2.2 Zona perteneciente al Sistema Interconectado Nacional
En San Andrés de Tumaco, el servicio de energía eléctrica suministrado por el SIN abarca la totalidad de la zona urbana y una parte de la zona rural. La línea Pasto- Tumaco está diseñada a 230 kV que actualmente se encuentra energizada a 115 kV y cubre una extensión de 220 km los cuales están soportados por 387 torres de energía. Se resalta que si se presenta una falla entre las estructuras 1 y 218 toda la Zona Pacifica queda desatendida y asimismo si existe una falla entre las estructuras 219 y 387 se desatiende el municipio de Tumaco y la zonas rurales. [1] Dentro del sistema es
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común encontrar conexiones ilícitas soportadas en postes de madera y dispuestas de forma desordenada sobre los techos de las viviendas de la zona interior de Tumaco, esto aumenta el riesgo de incendios por corto circuito. [3] [8]
En los datos obtenidos del SUI se encuentra de forma detallada el consumo de energía eléctrica mensual tanto en la región urbana como en la región rural que hacen parte del SIN, donde se complementa la información tomada de PERS- Nariño, los datos que se toman para este trabajo son del año 2015. [9]
Tabla 4 Consumo de energía eléctrica de la zona perteneciente al SIN del año 2015
ZONA URBANA ZONA RURAL TOTAL
Mes Número de
suscriptores
Consumo total (kWh/mes)
Número de suscriptores
Consumo total (kWh/mes)
Número de suscriptores
Consumo total (kWh/mes)
enero 25.530 5.778.331 11.001 1.380.337 36.531 7.158.668 febrero 25.633 5.774.576 11.121 1.296.565 36.754 7.071.141 marzo 25.697 5.520.194 11.173 1.349.418 36.870 6.869.612 abril 25.773 5.703.301 11.220 1.355.967 36.993 7.059.268 mayo 25.993 6.095.900 11.311 1.476.068 37.304 7.571.968 junio 26.203 6.198.023 11.535 1.549.996 37.738 7.748.019 julio 25.444 5.113.801 12.623 1.314.936 38.067 6.428.737 agosto 25.568 5.871.564 13.056 1.683.190 38.624 7.554.754 septiembre 25.746 6.130.020 13.144 1.761.664 38.890 7.891.684 octubre 25.879 5.919.313 13.168 1.679.811 39.038 7.599.124 noviembre 26.026 6.152.791 13.159 1.940.816 39.185 8.093.607 diciembre 26.166 6.046.588 13.164 1.523.975 39.330 7.570.563 TOTAL 26.203,00 70.304.402 13.168,00 18.312.743 39.330,00 88.617.145
En la Tabla 4, se observa el comportamiento mensual de consumo en el municipio donde el consumo máximo es en el mes de noviembre, así como el consumo mínimo es en el mes de julio. Para mejorar la precisión de la demanda de energía eléctrica se tomó la demanda diaria en días ordinarios, sábado y domingo como se observa en la Figura 6, Figura 7 y Figura 8, respectivamente. [1]
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Figura 6 Demanda diaria en día ordinario en San Andrés de Tumaco [8]
Figura 7 Demanda diaria en día sábado en San Andrés de Tumaco [8]
Figura 8 Demanda diaria en día domingo en San Andrés de Tumaco [8] 5.000 7.000 9.000 11.000 13.000 15.000 17.000 19.000 21.000
0 5 10 15 20
C ons um o (kW h ) Tiempo (Horas)
Día ordinario
6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.0000 5 10 15 20
C o ns um o ( kW h) Tiempo (Horas)
Día Sábado
6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.0000 5 10 15 20
C o ns um o ( kW h) Tiempo (Horas)
Día domingo
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4.2.3 Estimación de la demanda en San Andrés de Tumaco para el año 2015
La demanda en San Andrés de Tumaco para el año 2015 fue de 93.032.044 kWh, y si se agrega la demanda no satisfecha del área rural que incluye la zona del municipio que no tiene energía eléctrica, se observa en la Tabla 5 que la demanda es de 93.989.871 kWh. [11]
Tabla 5 Caracterización del consumo de energía eléctrica del año 2015 para el municipio de San Andrés de Tumaco en kWh.
Urbano Rural TOTAL 2015
Línea SIN 70.304.402 18.312.743 88.617.145
Diésel Municipal - 3.389.781 3.389.781
Compartida - 631.007 631.007
Propia - 394.110 394.110
Se estima que el comportamiento del consumo va a variar como un sigmoide, como se muestra en la Figura 9, sobre todo en el sector que hace parte de la ZNI, ya que mientras se establece la solución el consumo no va a variar mucho en el aumento, después de que se tenga una solución confiable la demanda va a empezar a crecer y teniendo en cuenta la economía y el comportamiento en otras zonas, puesto que las personas van a empezar a usar más dispositivos y equipos que requieran electricidad, hasta tal punto que puedan satisfacer sus necesidades y el estilo de vida mejore. Se estima que entre 15 y 20 años se va a empezar a estabilizar el consumo por vivienda. La calidad de vida de las personas mejorará debido a la confiabilidad del servicio eléctrico que tendrán, lo que generará un aumento en la demanda.
Figura 9 Proyección de la demanda en San Andrés de Tumaco (2015-2040)
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Tabla 6 Demanda y proyección de energía eléctrica de San Andrés de Tumaco (2015-2040)
t=0 t = 2040 2015 2040 2015 2040
Población # viviendas Población # viviendas consumo /#viviendas
consumo /#viviendas
Consumo kWh
Demanda kWh
ZNI 22.033 4.905 28.975 6.450 89,73 111,36 440.144 718.315 Rural 81.185 18.073 107.546 23.941 108,79 134,06 1.966.206 3.208.848 Urbano 117.914 26.249 154.051 34.294 223,19 278,81 5.858.700 9.561.398 Total 199.098 44.322 261.596 58.236 176,54 219,29 7.824.906 12.770.247
4.3 Oferta de recursos energéticos en San Andrés de Tumaco
San Andrés de Tumaco está ubicado en un lugar privilegiado pues se encuentra sobre la costa del océano Pacífico y muy cercano a la línea del Ecuador, esto quieres decir que cuenta con energía solar aproximadamente 12 horas diarias los 365 días del año, además las velocidades del viento son considerables debido a las olas del mar.
4.3.1 Energía solar fotovoltaica
En primer lugar, se estudia el recurso solar para tener en cuenta la energía fotovoltaica en el municipio. En la Figura 10, se observa que en la región de Tumaco la radiación solar es muy estable, en toda el área del municipio se tiene un tono verde que muestra que el promedio de la radiación es de aproximadamente 195 W/m2.
Figura 10 Mapa de radiación solar en la zona de San Andrés de Tumaco [12]
En la Tabla 7, se observa el comportamiento de la radiación solar mensualmente por lo cual detalla en qué época del año se puede generar más energía solar, en el año 2015 el
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promedio anual fue de 198,9 W/m2. Con la información de esta tabla se parametriza la radiación solar en el software HOMER para establecer la cantidad de potencia que se puede suministrar a partir de la energía solar fotovoltaica.
Tabla 7 Promedio de radiación solar mensual en San Andrés de Tumaco en el año 2015 [12]
Mes W/m2
Enero 198,5
Febrero 201,1
Marzo 200,8
Abril 200
Mayo 197,5
Junio 196,8
Julio 196,9
Agosto 197,4
Septiembre 199
Octubre 200,1
Noviembre 199,1
Diciembre 200
Radiación promedio 2015
198,9
4.3.2 Energía eólica
Gracias a la ubicación de San Andrés de Tumaco se cuenta con presencia continua de viento suficiente para generar energía eólica. Según los estudios realizados por ALTERNAR se puede ver en la Figura 11 que la velocidad del viento en general para el municipio se encuentra entre 4.0 y 5.5 m/s.
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Figura 11 Mapa de viento en la zona de San Andrés de Tumaco [12]
En la Tabla 8, se observa la velocidad del viento mensual a 20 m en San Andrés de Tumaco, donde la velocidad promedio es de 4,78 m/s. Con la información recopilada en esta tabla se caracteriza el recurso eólico en el software HOMER para establecer el número de aerogeneradores necesarios que puedan suplir la demanda.
Tabla 8 Velocidad del viento mensual en San Andrés de Tumaco [12]
Mes m/s
Enero 4,63
Febrero 4,17
Marzo 3,83
Abril 3,98
Mayo 4,76
Junio 5,20
Julio 5,25
Agosto 5,25
Septiembre 5,28
Octubre 5,18
Noviembre 4,93
Diciembre 4,80
Velocidad promedio 4,78
4.3.3 Biomasa
La biomasa es una buena alternativa para San Andrés de Tumaco, debido que posee la totalidad de la palma africana que se siembra en Nariño, el 92% del cacao y el 52% del coco.
Por ejemplo, la biomasa se genera en el proceso de extracción del aceite de palma, posteriormente ésta a través de un proceso anaeróbico produce biogás que se usa en las plantas eléctricas de biogás. En la Figura 12 se puede observar que en promedio se tiene 195 Mg / Ha.
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Figura 12 Mapa de biomasa en San Andrés de Tumaco [12]
Tabla 9 Cantidad de biomasa en San Andrés de Tumaco [12]
Mes Mg/ha
Enero 213
Febrero 200,6
Marzo 214,4
Abril 204,8
Mayo 210,5
Junio 216,3
Julio 183,8
Agosto 194,7
Septiembre 186,2
Octubre 184,4
Noviembre 196,7
Diciembre 186,4
Biomasa promedio 199,3
4.3.4 Plantas de generación eléctrica diésel
San Andrés de Tumaco cuenta actualmente con una serie de plantas eléctricas las cuales abastecen el 18% de la población rural, es decir 1.471.633 kWh/mes aproximadamente. Según el reporte entregado por el Instituto de planificación y promoción de soluciones energéticas para las zonas no interconectadas (IPSE), se cuenta con 77 plantas diésel, que están distribuidas como se muestra en la Figura 13. [6]
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Figura 13 Plantas diésel disponibles en San Andrés de Tumaco
4.3.5 Costo de implementación, administración, operación y mantenimiento de las diferentes tecnologías.
El estudio de costos de las tecnologías necesarias, para cada uno de los recursos mencionados, se realizó a partir de una investigación de los precios actuales para cada uno de los componentes de las diferentes tecnologías de sistemas aislados. Los costos son dados en USD/kW, teniendo en cuenta que se usa la TRM de $3078 COP y que el valor por kW de cada equipo se obtiene del costo promedio de los componentes basándose en su capacidad nominal de trabajo.
Para complementar la información se utilizó el modelo de costos del estudio realizado por la Corporación de energía y medio ambiente (CORPOEMA), en donde se considera la instalación, transporte y accesorios para cada tecnología. [13] Los costos de operación y mantenimiento se obtuvieron revisando dos estudios para tener el panorama nacional, en primer lugar se revisó el estudio de CORPOEMA y en segundo lugar el estudio de National Renewable Energy Laboratory (NREL). [14] Para las fuentes renovables, con excepción de la biomasa, se tomaron los datos de NREL debido a que el precio obtenido por CORPOEMA tenía en cuenta gastos de administración y mantenimiento muy altos. Las baterías que se van a utilizar para este estudio son Redflow ZBM2, que trabajan a una tensión nominal de 48 V y tienen una capacidad de nominal 10 kWh. El costo de inversión por cada equipo es de $ 8000 USD. [15]
Los costos de las plantas eléctricas diésel se tomaron a partir del estudio realizado por USAENE LLC para la CREG, donde se determina el precio de inversión, gastos de administración, operación y mantenimiento para la generación en zonas no interconectadas que se concentra en plantas eléctricas. Se resalta que en este estudio se tienen en cuenta los costos de instalación y de todos los implementos necesarios para la
45%
43%
12% Pequeña (menor a 40
kW)
Mediana ( 40 kW -199 kW)
Grande ( mayor a 200 kW)
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generación a partir de plantas, como transformadores, tableros de sincronismo, tanques de combustible y cabinas de insonorización. [16]
En la Tabla 10 se muestra el resumen del análisis de precios en USD/kW para los diferentes tipos de energía a considerar tales como: Solar (PV), eólica, biomasa y planta eléctrica diésel.
Tabla 10 Precios de inversión, AOM anual y repuestos de las diferentes tecnologías a estudiar en USD/kW.
Fotovoltaico Eólico Biomasa Planta Diésel
Inversión 3.714 4.520 2.860 700
AOM Anual 21 40 831 1.226
Repuestos 409 2.236 2.059 504
4.4 Simulación y Descripción del Resultado Final
A partir de los datos recolectados en las fases de caracterización de demanda de energía eléctrica y de oferta de recursos en el municipio de San Andrés de Tumaco, se realizó el modelo de simulación en el software de optimización de diseño de micro redes a partir de análisis económico: Hybrid Optimization Model for Multiple Energy Resources (HOMER PRO). El principal objetivo de HOMER PRO es optimizar el valor presente neto del proyecto, a través de un estudio que contempla no solo las variables económicas sino también la disponibilidad de recursos y equipos.
Figura 14 Sistema de generación implementado en HOMER PRO
4.4.1 Suministro de Energía Eléctrica para la ZNI de San Andrés de Tumaco
Para establecer los resultados de generación óptima en la zona no interconectada del municipio se tomó la totalidad de la demanda de energía eléctrica en esta área los cuales podemos apreciar en las figuras 15 y 16.
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Figura 15 Perfil de carga diario en ZNI
Figura 16 Perfil de carga anual en ZNI
A continuación, en la Figura 17, se muestran los resultados obtenidos asumiendo que la población de San Andrés de Tumaco perteneciente a la zona no interconectada se encuentra centralizada.
Figura 17 Resultados ZNI San Andrés de Tumaco
Según los resultados entregados por HOMER PRO la mejor opción es un sistema híbrido compuesto por plantas de generación fotovoltaica (52%), eólica (18%), biogás (22%) y diésel (7%).
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Figura 18 Producción eléctrica promedio mensual
En la Figura 18 se puede ver que se suministra la energía eléctrica suficiente para dar servicio a todos los habitantes de la ZNI e incluso se cuenta con un exceso de electricidad de 7.5%.
El flujo de caja que se muestra en la Figura 19 aprecia que la mayor parte de los gastos son de inversión y operacionales.
Figura 19 Flujo de caja sistema hibrido óptimo
Es importante resaltar que el LCOE para este sistema es de USD $0.4105 y que la participación de los recursos renovables es de 91,4%
Figura 20 Resumen de resultados ZNI San Andrés de Tumaco
Considerando que en la actualidad el sistema de generación principal para las ZNI en Tumaco son las plantas eléctricas Diésel se toma un escenario base con esta tecnología para realizar una comparación que resalte las ventajas de implementar un sistema híbrido.
Se estima que se debe generar 1200 kW mensuales para poder abastecer la demanda propuesta, lo cual incluiría la zona que a hoy no utiliza energía eléctrica.
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26
Figura 21 Producción eléctrica mensual promedio de las plantas eléctricas
Figura 22 Flujo de caja de plantas eléctricas
El flujo de caja, Figura 22, muestra que los costos de operación y combustible son muy altos, así como los de inversión son bajos en las plantas eléctricas. El valor presente neto aumenta en comparación del escenario óptimo y el LCOE aumenta a USD $0,73
Figura 23 Resumen de resultados de las plantas eléctricas
Al comparar los dos escenarios se encuentra que la diferencia entre el valor presente neto de los dos sistemas es aproximadamente 30 millones de dólares, así como el retorno de la inversión varía en un 19,5%, como se puede ver en la Figura 24.
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Figura 24 Comparación Escenario óptimo vs plantas eléctricas
Al realizar una comparación detallada de los dos escenarios se tiene la diferencia entre el trazado de los dos flujos de caja varía bastante sobre todo por los costos de operación y combustible de las plantas eléctricas. En la Figura 25 se observa la ganancia que se tiene en el mejor escenario en comparación con el de un sistema netamente de generación diésel.
Figura 25 Comparación Flujo de caja escenario óptimo menos escenario plantas eléctricas
Al realizar la proyección de demanda a 25 años se tienen resultados similares a los mostrados anteriormente, algunos sistemas de generación se sobredimensionan, esto teniendo en cuenta que la demanda aumenta.
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Figura 26 Resultados proyección 25 años ZNI Tumaco
El aumento de disponibilidad de los diferentes sistemas se observa en la Figura 27, los resultados muestran que aumenta la generación con plantas diésel a medida que la demanda aumenta, a diferencia la generación fotovoltaica y eólica que se mantiene.
Figura 27 Proyección de energía eléctrica por componente
4.4.2 Simulación Suministro de Energía Eléctrica para la ZNI en localidades específicas de San Andrés de Tumaco.
San Andrés de Tumaco cuenta con 114 localidades que se encuentran dispersas por todo el territorio del municipio, así mismo la ZNI no se encuentra unificada, por esta razón se estudia el consumo de energía eléctrica para dos localidades: Pital que cuenta
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con generadores diésel de 200 kW que da servicio aproximadamente 12 horas diarias y Bocas de Curay que cuenta con servicio aproximado de 6 horas diarias suministrado por una planta diésel de 60kW.
Para la simulación se tuvo en cuenta los mismos recursos y costos de equipamiento para los diferentes sistemas, lo que varió fue la curva de carga para cada localidad, esta información fue tomada de los informes mensuales de telemetría publicado por el IPSE.
La idea de esta simulación es ver el comportamiento de consumo en diferentes localidades del municipio para poder sugerir un plan de generación descentralizado que involucre un estudio más detallado de la zona. Se escogieron estas dos localidades puesto que son las que tienen información más completa.
4.4.2.1 Pital, San Andrés de Tumaco.
Según los datos de los informes de telemetría se tiene la energía consumida para ciertos meses del año, así como la potencia máxima, a partir de esta información se aproximó el consumo teniendo en cuenta el trazado de la curva de carga suministrado por CEDENAR. A continuación, se muestra el perfil de carga a estudiar para la localidad de Pital.
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Figura 29 Perfil de carga anula en Pital
A partir de los parámetros mencionados anteriormente el software da los siguientes resultados.
Figura 30 Resultados Pita
En la Figura 31 se aprecia que el resultado óptimo para esta localidad está compuesto por generación fotovoltaica (65%), eólica (26%) y diésel (8%).Se presenta un exceso de electricidad de 12,5 % y una presencia de renovables de 89%.
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Figura 32 Flujo de caja sistema hibrido optimo Pital
El flujo de caja muestra que el mayor gasto se obtiene en la inversión de los sistemas de generación, así como el equipo que genera mayores gastos son las baterías. Como resultado se tiene un LCOE de USD $ 0,6068.
Figura 33 Resumen de resultados Pital
Para complementar el estudio, se realiza una comparación con el sistema base que es el implementado con plantas eléctricas diésel, asumiendo que se supliera la demanda las 24 horas del día.
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Figura 35 Flujo de caja de plantas eléctricas Pital
Cuando se observa los resultados obtenidos en la simulación del caso base como lo llama HOMER, se puede concluir que los costos de operación y combustible hacen que esta tecnología sea más costosa y por lo tanto no tan viable, como lo muestra el LCOE que aumenta a USD $ 0,9344.
Figura 36 Flujo de caja de plantas eléctricas Pital
Al comparar los dos escenarios se encuentra que la diferencia entre el valor presente neto de los dos sistemas aproximadamente 2 millones de dólares, así como el retorno de la inversión varía en un 13,4%.
Figura 37 Comparación Escenario óptimo vs plantas eléctricas Pital
En la Figura 38 se observa la ganancia que se tiene en el mejor escenario en comparación con el de un sistema netamente de generación diésel.
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Figura 38 Comparación Flujo de caja escenario óptimo menos escenario plantas eléctricas Pital
4.4.2.2 Bocas de Curay, San Andrés de Tumaco
Para determinar la demanda de la localidad de Bocas de Curay se realizó una aproximación teniendo en cuenta los pasos descritos para la localidad de Pital, es decir se tomaron los datos de los informes de telemetría (la energía consumida para ciertos meses del año, así como la potencia máxima), a partir de esta información se aproximó el consumo teniendo en cuenta el trazado de la curva de carga suministrado por CEDENAR. A continuación, se muestra el perfil de carga a estudiar para la localidad.
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Figura 40 Perfil de carga anula en Bocas de Curay
A partir de los parámetros mencionados anteriormente el software da los siguientes resultados.
Figura 41 Resultados Bocas de Curay
En la Figura 42 se aprecia que el resultado óptimo para la localidad de Bocas de Curay está compuesto por generación fotovoltaica (76%), eólica (17%) y diésel (6%). Se presenta un exceso de electricidad de 16,8 % y una presencia de renovables de 90,2%.
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Figura 43 Flujo de caja sistema hibrido optimo Bocas de Curay
El flujo de caja muestra que el mayor gasto se obtiene en la inversión de los sistemas de generación, así como el equipo que genera mayores gastos son las baterías. Como resultado se tiene un LCOE de USD $ 0,6038.
Figura 44 Resumen de resultados Bocas de Curay
Para complementar el estudio, se realiza una comparación con el sistema base que es el implementado con plantas eléctricas diésel, asumiendo que se supliera la demanda las 24 horas del día.
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Figura 46 Flujo de caja de plantas eléctricas Bocas de Curay
Cuando se observa los resultados obtenidos en la simulación del caso base como lo llama HOMER, se puede concluir que los costos de operación y combustible hacen que esta tecnología sea más costosa y por lo tanto no tan viable, como lo muestra el LCOE que aumenta a USD $ 0,9803.
Figura 47 Flujo de caja de plantas eléctricas Bocas de Curay
Al comparar los dos escenarios se encuentra que la diferencia entre el valor presente neto de los dos sistemas aproximadamente 0,7 millones de dólares, así como el retorno de la inversión varía en un 18,7%.
Figura 48 Comparación Escenario óptimo vs plantas eléctricas Bocas de Curay
En la Figura 49 se observa la ganancia que se tiene en el mejor escenario en comparación con el de un sistema netamente de generación diésel.
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Figura 49 Comparación Flujo de caja escenario óptimo menos escenario plantas eléctricas Bocas de Curay
4.4.3 Análisis de los resultados
Cuando se establece la demanda del municipio como si estuviera centralizada en una sola área se podría contemplar tener grandes plantas generadoras de biogás y diésel para suministrar un servicio confiable. Sin embargo, al tener tan dispersa la población, implementar una planta eléctrica diésel de 1200kW para suministrar el servicio no es viable, ya que se debería tener en cuenta que se debe implementar una red de distribución lo cual haría que el proyecto no fuera factible.
Teniendo en cuenta el análisis anterior se decidió tipificar el consumo de electricidad en Tumaco para diferentes localidades, no obstante, no existe mucha información sobre el consumo de energía eléctrica para las localidades que no se encuentran en el plan de telemetría, en el caso de Tumaco sólo hay 4 localidades que cuentan con este plan: Pital, Chajal, San Juan Costa y Bocas de Curay. Se tomaron las localidades de Pital y Bocas de Curay puesto que el comportamiento de consumo de Pital y San Juan Costa era muy similar y la información de Chajal era insuficiente pues el sistema de medición presentaba un fallo.
En los resultados obtenidos en las localidades se muestra que es viable el uso de energías alternativas y que es una mejor opción que prestar el servicio de generación solamente con plantas diésel, sin embargo, al fraccionar el suministro puede elevar los costos porque van a ser necesarios más equipos por localidad de los que se utilizarían si se tuviera la demanda centralizada. Cuando se genera energía eléctrica a partir de diferentes tipos de energía, nos ayuda a reducir costos y además se sigue teniendo la facilidad para poder implementar más tecnologías, que puedan abastecer la demanda de energía eléctrica en el año 2040 y aprovechar eficientemente los recursos de la zona.
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38
La propuesta para el plan de generación en el municipio de San Andrés de Tumaco, a partir de los estudios realizados, es aprovechar los recursos que se tienen a hoy y empezar a instalar sistemas híbridos con los recursos locales que aportan a la canasta energética, es decir: solar, eólico y biogás. La idea es implementar estas tecnologías en las zonas donde se ubican las plantas eléctricas para complementar el servicio y poder abastecer la demanda no satisfecha, a partir de ello ir incluyendo más generadores de forma gradual hasta suplir el incremento gradual de la demanda.
Al revisar los resultados de la proyección de demanda se aprecia que las tecnologías alternativas se muestran constantes en el transcurso de los 25 años de estudio, esto puede ayudar a estimar la capacidad necesaria de cada tecnología y poder planear de manera eficaz la implementación de cada uno de ellas. A pesar de que el resultado sugiera aumentar la capacidad de generación diésel, lo ideal sería disminuir este tipo de generación ya que la región cuenta con recursos que se pueden aprovechar.
La implementación de las tecnologías renovables se propone de forma gradual ya que la inversión inicial es alta, pero una vez se instale se va apreciar que los costos de operación y mantenimiento disminuyen, con la integración de las nuevas tecnologías al sistema. Además, se debe tener en cuenta que uno de los planes que está incentivando el gobierno es disminuir la huella de carbono en la atmosfera, esto se puede mejorar en el caso de la generación de la energía eléctrica disminuyendo el uso de plantas eléctricas diésel. Por último, se destaca que la calidad de vida de la población va a mejorar ya que al tener acceso a un servicio de energía eléctrica confiable y constante las actividades económicas van a mejorar y podrán tener más comodidades.
5
RETOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA SOLUCIÓN
Para establecer el plan es necesario conocer la distribución detallada de la población en la zona rural de San Andrés de Tumaco, teniendo en cuenta que la población se encuentra dispersa y es difícil establecer cómo se pueden distribuir los centros de generación en la zona. También se debe tener en cuenta que es necesario implementar una pronta solución para que los tumaqueños puedan mejorar sus condiciones de vida, como se mencionó anteriormente, la tasa de NBI es muy alta y la implementación de servicio de energía eléctrica es uno de los factores que pueden mejorar esta situación. Por esta razón la mayor parte de las fuentes bibliográficas utilizadas para este trabajo son nacionales para que la información sea aterrizada al contexto socioeconómico y a las diferentes regulaciones que se han implementado.
La implementación del plan sugerido de generación para San Andrés de Tumaco cuenta con algunos retos, por ejemplo, el costo de inversión de las tecnologías es alto y para ello se debería buscar financiación de entidades gubernamentales, no
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39
gubernamentales nacionales e internacionales que apoyen este tipo de iniciativa, asimismo estimar el tiempo óptimo para la instalación de las nuevas fuentes de generación para poder ver un efecto positivo en los factores económicos, como también en el servicio que se presente.
Teniendo en cuenta que en el municipio se encuentra el operador de red CEDENAR SA, se plantea la adjudicación de un contrato con tiempo definido a un tercero, preferiblemente una empresa privada, que será seleccionada por medio de una licitación por el ministerio de Minas y Energía. Este ente deberá velar por el desarrollo del proyecto desde su construcción hasta los gastos de operación, administración y mantenimiento por un periodo de 25 años, además obtendrá beneficios tributarios por uso de fuentes de energía no convencionales tal como lo dicta la ley 1715.
La empresa a la que se le adjudique el proyecto obtendría la mayor parte del dinero recaudado por concepto de tarifa, ya que es quien más invierte en el proyecto. Esta obtendría la parte de la tarifa necesaria para obtener lo invertido y tener ganancias durante el tiempo del proyecto. Por otro lado, el Estado solo obtendría lo suficiente de la tarifa para recuperar la inversión inicial del proyecto. Se debe tener en cuenta que parte de la tarifa recaudada debe ir a CEDENAR SA, dentro de lo cual se propone que el Estado le pague a este operador para seguir con su funcionamiento normal. La mayor parte de la financiación del proyecto vendrá del Estado colombiano, ya que entidades como el FAZNI cuentan con un presupuesto de $305.317.000 para este tipo de proyectos. [4]
Para la tarifa de recaudo empresarial se debe realizar el cálculo de acuerdo a los cargos implicados en el suministro del servicio, para ello se tienen en cuenta las actividades de generación, transmisión, distribución y comercialización del servicio. Que corresponde:
( )
Donde:
Cgen: Es el cargo correspondiente a la generación de energía eléctrica, se toma el LCOE
calculado por HOMER PRO.
Ddtbution: Es el cargo correspondiente a la distribución promedio definido por la
empresa operadora.
Cn: Es el cargo de comercialización aplicado, definido por el operador de red.
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40
Con los anteriores valores se realiza la estimación de la tarifa de recaudo y se obtiene un valor de 1522,22 $/kWh (COP). Esta tarifa es demasiado alta para cobrarle su totalidad a la población de San Andrés de Tumaco, por esta razón se plantea un subsidio donde los usuarios paguen solamente por los gastos de operación, administración, mantenimiento y combustible. La tarifa propuesta se toma teniedo en cuenta que anualmente se generan gastos de operación y combustible de USD $ 1.162.616, al dividir este valor de forma horaria se encuentra que el valor estimado a pagar por los usuarios es de 83,3 $/kWh (COP), el resto debe ser subsidiado por el estado.
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CONCLUSIONES
Actualmente, en el municipio cuenta con un servicio de energía eléctrica mixta, es decir que hay sectores que pertenecen al SIN y otros que son ZNI. La mayor parte de la población cuenta con el suministro de energía eléctrica, sin embargo, existen 4.905 viviendas que no cuentan con un servicio continuo o no tienen servicio, para este nicho de población es que está centrado este proyecto de grado con el fin de facilitar el acceso a un servicio confiable, mejorar la calidad de vida de los habitantes y el índice de NBI. Para ello se debe aprovechar todos los recursos que se encuentran en la zona como el bagazo de los diferentes cultivos agrícolas, el viento y la radiación solar.
Se puede establecer un plan de suministro de energía eléctrica para la ZNI del municipio de San Andrés de Tumaco considerando que la población no se encuentra centralizada en un solo lugar, sino que para suministrar el servicio de energía eléctrica se debe plantear un sistema de generación disperso tal como se encuentra distribuida la población. El plan de suministro sugerido en este proyecto de grado plantea una solución híbrida compuesta de plantas de generación fotovoltaica, eólica, biogás y diésel, esto aplica para toda la región que no hace parte del Sistema Interconectado Nacional. Al estudiar la capacidad de las plantas eléctricas diésel que se encuentran disponibles en la actualidad en Tumaco, se observa que la mayoría tienen una baja capacidad nominal tal como se muestra en la Figura 13, esto se debe a la distribución de la población.
A partir de los resultados obtenidos se concluye que se puede implementar un sistema híbrido que mezcle los diferentes sistemas de generación de diferente forma sin tener una variación del LCOE tan alta, por ejemplo, en el caso del estudio en la localidad de Pital se observa que se la solución óptima está compuesta por una configuración solar, eólica y diésel, la segunda opción muestra una configuración solar, eólica y biogás donde la diferencia del LCOE es de USD $0,005.
Para implementar un plan de suministro energético que pueda generar la energía eléctrica suficiente para abastecer la demanda del municipio es necesario tener apoyo económico de entes gubernamentales y/o privados, que se encarguen del proyecto
Plan de suministro energético en San Andrés De Tumaco
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desde la implementación hasta cumplir los 25 años establecidos para el proyecto. Se realizará un recaudo por medio de tarifa de recaudo empresarial con el cuál se podrá obtener ganancias del proyecto que se dividirá en los diferentes actores del proyecto. El ideal sería implementar el plan de generación en diferentes etapas para tener viabilidad económica e ir beneficiando a la población por sectores, ya que la zona rural no se encuentra unificada y de esta manera lograr satisfacer la demanda no atendida en la actualidad y a futuro poder tener un sistema eléctrico confiable.
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AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a todas las personas que hicieron posible la realización de este trabajo. En primer lugar, quiero agradecer a Angela Cadena por brindarme apoyo, orientación y colaboración durante todo el proyecto y demostrarme que desde nuestra profesión podemos contribuir a una mejor evolución del país.
A Javier Rodríguez, Lised Chaves y Andrés Pantoja por su ayuda en las diferentes etapas del proyecto.
A Nancy Alarcon, David Pardo y Oscar Pérez porque sin su ayuda técnica y sin su conocimiento no hubiera sido posible finalizar este proyecto.
Y, por último, pero no menos importante a mi familia, en especial a mi papá, que desde siempre me han apoyado y gracias a ellos he podido completar mis estudios y así mismo este trabajo.
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REFERENCIAS
[1] CEDENAR S.A., «Subestaciones eléctricas zona pacífico departamento de Nariño». [2] Alcaldía de Tumaco - Nariño, «Tumaco nuestra PAZión,» 2016. [En línea].
Available: http://www.tumaco-narino.gov.co. [Último acceso: 16 julio 2016].
[3] M. E. Angulo, «Plan de desarrollo municipal: Tumaco nuestra PAZión,» San Andres de Tumaco.
[4] Unidad de planeación minero energética, «Planes de energización rural sostenible (PERS) herramienta de información para el desarrollo rural,» 2016. [En línea]. Available: http://www.upme.gov.co/Zni/documentos/Resultados_PERS.pdf. [Último acceso: 14 Noviembre 2016].
[5] W. O. A. Martinez, «Modelo de Demanda de energía Eléctrica residencia rural para el departamento de Nariño obtenido a través de la información de la encuesta PERS-Nariño 2013,» San Juan de Pasto, 2014.
[6] Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para las Zonas No Interconectadas, «Infraestructura TUMACO,» Bogotá, 2016.
[7] Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), «Plan indicativo de expansión de cobertura de energía eléctrica2013-2017,» Bogotá, 2013.
[8] Cámara de comercio de Tumaco, «Estudios económicos,» Tumaco, 2015.
[9] A. Pantoja, «Descripción de oferta y demanda de energía eléctrica en el municipio de Tumaco.».
