Palabras-clave: Microrred (MR); sistema fotovoltaico (SFV); fuentes renovables (FRE); sistemas de energía híbridos Contact online >>
Palabras-clave: Microrred (MR); sistema fotovoltaico (SFV); fuentes renovables (FRE); sistemas de energía híbridos
Key words: Distributed generation (GD); micro-grid (MR); photovoltaic system (SFV); generator set (GE)
El uso de la energía eléctrica juega un papel muy importante en el desarrollo socioeconómico de la población, por ello existe una creciente demanda energética tanto en zonas urbanas como rurales alrededor del mundo, la cual se debe satisfacer a través del incremento de la capacidad de generación. El consumo de energía eléctrica ha presentado un incremento significativo, considerando el tamaño de la población, el acelerado crecimiento industrial y otros factores que inciden de forma directa en este fenómeno. Para el año 2018 se obtuvo un consumo de energía eléctrica superior a los 69 GWh con un crecimiento mayor al 3% con respecto al año anterior [1].
Las microrredes no constituyen un concepto nuevo. Si se aplica literalmente la definición de microrred, la primera instalación de generación de energía eléctrica de Thomas Edison emplazada en Pearl Street, Manhattan, supone la primera micro red de la historia [9]. No obstante, el verdadero concepto de microrred se desarrolló en sus orígenes con el fin de aislar y mantener en operación a una red de distribución de baja tensión en caso de fallas aguas arriba del transformador BT/MT [10]. Así mismo, en caso de fallo generalizado del servicio eléctrico, las microrredes podrían ayudar al proceso de restablecimiento de este [11].
Las microrredes aparecen también en el escenario de las zonas rurales remotas [12]. En dichos casos, llevar el suministro eléctrico supone un alto costo ya sea por las condiciones geográficas de la zona, porque la instalación de la red de distribución sería compleja o porque el suministro no sería fiable. En este último escenario se enmarca el presente trabajo.
Caracterización de la comunidad y su sistema eléctrico
La demanda energética a la red se encuentra limitada para cada usuario, permitiendo solamente los equipos electrodomésticos básicos en un hogar. La comunidad se encuentra a 52 km del punto de conexión al sistema eléctrico de la Isla de la Juventud más cercano por tierra y a 22 km de la subestación Colony, 34,5 kV, atravesando la bahía del Colony.
En la comunidad se identificó un área para la construcción de parques fotovoltaicos (PFV), con orientación noroeste 342(, y pendiente de -6( con orientación este 82(, ubicada a 550 metros de la posición actual de los GE. En la zona existe potencial fotovoltaico identificado [13] que garantiza el correcto funcionamiento de este tipo de tecnología, tal como se muestra en la figura 1. Por lo tanto, se presenta una oportunidad ya que la tecnología fotovoltaica ha disminuido considerablemente su costo en comparación con otras tecnologías de generación de electricidad [14], además de que la generación fotovoltaica exhibe ventajas frente a otros tipos de tecnologías de Fuentes Renovables de Energía, debido especialmente a su fácil instalación y flexibilidad.
Fuente [13].
Fig. 1 Potencial fotovoltaico de la zona objetivo.
A continuación, se analizan tres configuraciones de microrred.
Se diseñaron cinco posibles escenarios para electrificación de la comunidad Cocodrilo. En cada uno de estos escenarios se realizó un análisis de su comportamiento técnico-económico, con el fin de hallar la variante más factible para la electrificación de esta comunidad. Estos escenarios fueron:
Escenario 1: Generación a través de un Parque Fotovoltaico con una potencia de 540 kWp, utilizando acumulación en baterías con una potencia de 151 kW y 2,453 kWh, para una autonomía de 46.4 horas.
Escenario 2: Generación a través de un Parque Fotovoltaico con una potencia de 360 kWp y un Grupo Electrógeno con una potencia de 100 kVA. Se utiliza almacenamiento en baterías con una potencia de 77.5 kW y 943 kWh con una autonomía de 16.6 horas.
Escenario 3: Generación a través de un Parque Fotovoltaico con una potencia de 308 kWp, un Grupo Electrógeno con una potencia de 100 kVA y un generador de biomasa forestal con una potencia de 75 kVA. Se utiliza almacenamiento en baterías con una potencia de 84.1 kW y 943 kWh con una autonomía de 17.8 horas.
Escenario 4: Interconexión de la comunidad al punto más cercano del Sistema Eléctrico nacional, mediante la construcción de una línea eléctrica con una extensión de 52 km.
Escenario 5: Interconexión de la comunidad al punto más cercano del Sistema Eléctrico nacional, mediante la construcción de una línea eléctrica con una extensión de 52 km y la construcción de un Parque Fotovoltaico en la comunidad que sea capaz de suplir la demanda eléctrica diurna de la comunidad.
Una vez realizada la evaluación de cada escenario se seleccionó al Escenario 3 como variante de microrred más factible. En este se considera la participación de un Grupo Electrógeno Denyo 100ES con operación optimizada en función del balance energético más favorable económicamente. Además, se incluye en el mix de generación un Gasificador de 60 kW de potencia con un límite de consumo de biomasa forestal de 400 kg/día según la disponibilidad de recurso aprobada por los organismos pertinentes.
El gasificador se opera en un régimen base optimizada, con una mezcla de 80% biogás y un 20% de diésel. En la figura 2, se muestra el esquema general del escenario analizado.
Fuente: Realización propia.
Fig. 2 Esquema general del escenario analizado.
En esta variante la micro-red estará compuesta por un PFV de 308 kWp conectado al bus AC a través de inversores de conexión a red SMA Sunny Tripower 30000TL y un sistema de almacenamiento en 120 baterías estacionarias OPZv de 4000Ah 2V controladas por un clúster de 14 inversores de batería SMA Sunny Island 8.0H con una potencia conjunta de 84.1 kW, como se muestra en la tabla 1. En la variante de análisis se incluyeron $10,000.00 por concepto de modernización y reparación del gasificador existente el cual durante el levantamiento técnico realizado se dictaminó la necesidad de reparación de algunos elementos del sistema.
Tabla 1 Composición del Sistema.
Fuente: Elaboración Propia.
El valor actual de esta variante es de $499,235.00 y corresponde a la diferencia entre el modelo en estudio y el costo que tendría el suministro eléctrico a la comunidad con el caso base. Se aprecia que con esta variante se logra un mayor ahorro con respecto a los escenarios 1 y 2, como se muestra en la tabla 2.
Tabla 2 Resumen económico de la variante.
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