Según el Plan Indicativo de Ampliación de la Cobertura Eléctrica 2016-2020 de la UPME, tiene como objetivo promover las fuentes de energía no convencionales y la inclusión de microrredes. Con base en la situación presentada, se propone una simulación de la inclusión de las fuentes de energía renovables antes mencionadas en la actual microrred del área interconectada de El Charco, Nariño.
Objetivos
Objetivo general
Objetivos específicos
Marco teórico
Generalidades
El almacenamiento de energía juega un papel muy importante en el buen funcionamiento de la microrred, aunque no es una parte indispensable de la misma cuando se conecta a la red eléctrica. La generación distribuida, el almacenamiento de energía y las cargas requieren de una interfaz que asegure la compatibilidad con la red de distribución local o principal.
Sistema solar fotovoltaico
La planificación de un sistema eléctrico se puede resumir en dos fases principales: recopilación de datos y diseño del sistema. El seguimiento de la potencia máxima es una técnica que se utiliza para extraer la máxima cantidad de energía disponible de la fuente fotovoltaica y aumentar la eficiencia general del sistema.
Almacenamiento de energía
La cantidad de electricidad generada por un sistema fotovoltaico varía según las condiciones ambientales y de funcionamiento, como la ubicación del sol, la temperatura ambiente y el nivel de radiación solar. Hay dos tipos de baterías de plomo-ácido, cerradas con válvulas reguladoras de presión y abiertas con electrolito líquido.
Gasificación
El gas producido en los gasificadores de flujo cruzado tiene un importante contenido en alquitrán, siendo la generación de energía térmica su uso más directo. Los gasificadores de lecho fluidizado se pueden clasificar en dos categorías amplias: lecho fluidizado con burbujas y lecho fluidizado con circulación.
Grupo electrógeno
La admisión es la primera etapa del proceso, en esta primera etapa las válvulas de admisión se abren para dar paso a una mezcla de combustible y aire, a su vez, el pistón en el cilindro se mueve desde la posición superior (punto muerto superior - tdc o PMS ) hacia la posición inferior (punto muerto inferior - pmi o PMI). Una vez que el pistón ha completado su carrera de compresión y se encuentra en el punto muerto superior, se produce una chispa en la bujía que enciende la mezcla de combustible y aire, provocando que la explosión expanda el volumen del cilindro y en consecuencia, el pistón sea accionado. hacia abajo, de vuelta al punto muerto inferior, convirtiendo la energía de la explosión en un movimiento giratorio que se encarga de crear empuje sobre el eje.
Costo nivelado de la energía
Los costos de operación y mantenimiento también se pueden estimar en alrededor del 25% del costo del combustible, cuando corresponda. Los costos de operación y mantenimiento se dividen en fijos y variables, los costos fijos dependen del tamaño o capacidad instalada, los costos variables de operación y mantenimiento dependen de la energía generalmente generada en un año.
Antecedentes
Esta instalación produce energía a partir de la combustión del aserrín de los aserraderos de la región. La central de biomasa de Sangüesa, ubicada en Navarra, España, es un referente internacional en las posibilidades de utilización de biomasa para generación eléctrica (Ervit, 2002), su capacidad instalada es de 30 MW y produce 200 GWh de energía anualmente.
Metodología
Luego se realiza la caracterización de las fuentes de energía evaluando el potencial solar de la zona, se obtienen las variables meteorológicas involucradas en el desempeño de los paneles solares y los datos necesarios para la simulación. Finalmente se obtiene el modelo matemático de los componentes de la microrred, se realiza la simulación y se obtiene la configuración óptima de la microrred en base al coste energético nivelado.
Desarrollo
Información de la ZNI
- Población
- Economía
- Servicio de energía eléctrica
- Apoyo económico
La Empresa Generadora de Energía Eléctrica de El Charco S.A.S.P presta servicios de energía eléctrica en el municipio de El Charco, Nariño desde el año 1996. En la Tabla 4 se muestran los datos generales de la empresa reportados en el sistema de información SUI Sistema Único para servicios de gobierno de origen, (SUI, 2019). El consumo de electricidad reportado en el informe de telemetría se muestra en la Tabla 7 y las Figuras 14 y 15.
Este consumo constituye la base para el otorgamiento de subsidios a los usuarios de los estratos 1, 2 y 3, según se especifica en el Anexo 2 de la Resolución CREG 077 de 1997.
Caracterización de la demanda
- Estructura del consumidor
La Figura 19 muestra el comportamiento de la carga promedio para cada día de la semana del mes. Para la simulación se tienen en cuenta datos previos y el comportamiento de la demanda en el departamento de Nariño para cada uno. En la tabla 8 se muestra un resumen de los datos que se pueden obtener del informe del SUI sobre la estructura de los consumidores.
También se puede observar en la figura 21 que el consumo de energía corresponde a los porcentajes socioeconómicos y que el subsidio para el estrato 1 es alrededor del 84.44% y para el estrato 2 alrededor del 80.56%, estos subsidios son tan altos debido a los altos costos de la energía.
Caracterización de los recursos renovables
- Potencial de la energía solar
- Potencial de Biomasa
En la figura 26 se puede ver la caracterización de la biomasa para el área de estudio, corresponde principalmente a la biomasa descrita como tipo 1 y 4, en la tabla 9 se describen estos tipos de biomasa. El Charco se encuentra a 1 hora en lancha desde el pueblo de Olaya Herrera (Plan Todos Somos Pacíficos, 2017), una distancia bastante corta. También se puede ver en los mapas de biomasa de ALTERNATOR que ambas áreas tienen los mismos componentes e intensidades de fuente de biomasa similares. El Charco cuenta con 5 aserraderos, con la información anterior se puede estimar los residuos que se pueden obtener de la actividad, obteniendo un desperdicio de alrededor de 187,5 t/mes de residuos con una humedad básica seca del 30 por ciento, la biomasa utilizada en El . la cuenca es íntegramente de aserrín, en base a la humedad seca calculada con los datos de Pantoja Bucheli et al., 2016 del 41%, recalculada, serían 203,4 t/mes de residuos.
Con los valores expuestos anteriormente se pudo hacer una estimación de la energía que se puede obtener de la biomasa, resultó que El Charco puede producir residuos de aserrín de alrededor de 203,4 toneladas/día, es decir 6780 kg/día. el poder calorífico inferior en base húmeda sería la menor cantidad de energía que se podría obtener de la biomasa, con un valor de 11723 kJ/kg, por lo que tendríamos unos 22078 kWh por día.
Modelamiento matemático de la microrred
- Panel solar
- Baterías
- Gasificador
- Grupo electrógeno
La componente directa de la irradiación horaria sobre la superficie inclinada Binc viene dada por la ecuación 37. Para el modelo matemático es necesario conocer el análisis aproximado y elemental de la biomasa en base seca. En esta zona, el modelo matemático considerado se basa principalmente en el submodelo de zona de Pirólisis Seca propuesto por (Ratnadhariya & Channiwala, 2009).
A continuación se muestra el balance energético del submodelo de zona de pirólisis seca. Donde las temperaturas involucradas en el ∆ℎ𝑓 y en el cálculo de Qx son las de la zona gasificadora y están reportadas en la literatura. Estos cambios están representados por la ecuación del balance energético (Felipe Centeno, Mahkamov, Silva Lora, & Andrade, 2012).
Resultados
La microrred
La humedad en base seca de la biomasa de El Charco ronda el 41 por ciento según cálculos realizados con base en los valores del próximo análisis de Pantoja Bucheli et al., 2016. Para calcular el rendimiento en frío es necesario conocer el caudal másico del gas seco resultante, el cual es de 583,6 kg/h, obtenido por simulación, un poder calorífico menor en base a biomasa seca, reportado por Pantoja Bucheli et. al., 2016, y tiene un valor de 16536 KJ/Kg, un flujo de biomasa seca con un valor de 200 Kg/h y un poder calorífico inferior, el cual se calcula ponderando la composición del gas de síntesis en base seca con el correspondiente menor valor calorífico. Otro parámetro importante para la evaluación del gas de síntesis es el poder calorífico superior, que se calcula ponderando la composición del gas de síntesis con los poderes caloríficos correspondientes.
El fabricante de la batería Freedom DF4001 define que la batería está diseñada para tener una vida útil de 4 años a 25ºC, considerando un 20% de profundidad de descarga.
Simulación y optimización
Finalmente, es necesario establecer una tasa de descuento para el análisis del costo nivelado de energía, en UPME, UDEA, Barrientos, & Villada, 2017 estiman la tasa de descuento para proyectos de generación eléctrica renovable convencional y no renovable para cada uno. El programa realiza el análisis del costo nivelado de energía para 403 escenarios posibles, solo 47 escenarios presentan el costo nivelado de energía inferior al costo base. El porcentaje de GCMI es el máximo permitido por la biomasa disponible, esta tecnología reportó un costo energético nivelado de 191,6 COP/KWh, una mayor implementación de esta tecnología lograría mayores reducciones en el costo global del sistema.
De las figuras 52 a 54 se puede observar la demanda de atención por día y anualmente para cada escenario.
Conclusiones
El consumo total de energía de El Charco en un año es de aproximadamente 8413 MWh. Los datos obtenidos de la simulación calculan el dinero anual que se puede ahorrar integrando cada escenario. Esto se puede observar en el Cuadro 36. Sólo con la integración del GMCI se tendría un ahorro de 705 millones de pesos anuales, se aprovecharían los residuos de los aserraderos y se generaría empleo para el manejo de biomasa, la inversión requerida para el escenario 1 es de aproximadamente 1920 millones de pesos, esta inversión se recuperaría en poco menos de 3 años. El análisis de sectores económicos es una oportunidad importante para la generación de energía eléctrica que contribuya a la creación de empleos, el cuidado del medio ambiente y la reutilización de materiales o residuos. Quedó claro que la generación con biomasa fue la que obtuvo menores resultados, sin embargo, los costos energéticos nivelados se limitan a abastecer solo el 15% de la demanda del sistema debido a la disponibilidad de biomasa.
La instalación de un carburador con motor de combustión interna ahorraría alrededor de 705 millones de pesos al año; este valor podría incrementarse si se dispusiera de más biomasa y se instalara un gasificador de mayor capacidad.
Recomendaciones
Recuperado de https://www.superservicios.gov.co/system/files_force/Energia y gasfuel/Energía/2018/Sep/2012ieg-. Recuperado de http://sipersn.udenar.edu.co:90/sipersn/docs/DocumentosProyectos/ProyectosPERS/Resume nesProyectosPDF/PrefactibilidadBiomasaSanquianga.pdf. Battery_charge Simula el proceso de carga de la batería, proporciona voltaje y estado de carga de la batería.
Battery_charge Simula el proceso de descarga de la batería, proporciona el voltaje y el estado de carga de la batería.
