Medellín - Minas - Maestría en Ingeniería - Sistemas Energéticos · 2021
Comparativo de la factibilidad de una solución aislada que utiliza energía solar o hidrocinética
La energía eléctrica es importante para la sociedad moderna porque además de impactar positivamente la calidad de vida de las personas, constituye el combustible para el desarrollo económico de las comunidades y de los países. Sin embargo, aún miles de personas en el mundo no tienen acceso a este recurso, especialmente aquellas que residen en zonas rurales aisladas y no Interconectadas, situación que limita su bienestar y progreso, y que insta a los gobiernos y a otras entidades, a desarrollar programas de electrificación rural con energías renovables como opción de bajo costo para suplir la necesidad de estas comunidades. El presente trabajo busca evaluar la factibilidad de desarrollar un proyecto de generación de energía eléctrica para proveer una solución aislada en una Zona No Interconectada, utilizando energía solar y/o energía hidrocinética. Para esto se identifica un caso de estudio con condiciones hidrológicas y de irradiación que son analizadas y caracterizadas para cuantificar el potencial de generación que tienen ambas fuentes disponibles en la zona. Se hace una revisión de literatura de principales documentos relacionados para extraer los principios fundamentales de la generación a partir de estas energías, se selecciona la mejor alternativa, se define el diseño y los distintos componentes de un sistema de generación, se hace la evaluación costo beneficio para finalmente concluir acerca de la factibilidad del proyecto. El presente trabajo muestra un procedimiento de selección de la tecnología a utilizar para generación de energía en localidades que tengan un potencial significativo de fuentes renovables hidráulica y solar, el cual se aplica sobre un caso de estudio. (Texto tomado de la fuente)
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 10
- CAPÍTULO 1. ANTECEDENTESp. 12
- Contexto geográfico y ambientalp. 12
- Contexto Socieconómicop. 12
- Contexto tecnológico para aumento de la coberturap. 13
- CAPÍTULO 2. MARCO TEORICOp. 15
- 2.1 Contexto Legalp. 15
- Energía Solar:p. 17
- Efecto Fotovoltaicop. 18
- Inversorp. 21
- Reguladorp. 22
- Baterías:p. 22
- Energia Hidrocinéticap. 24
- Ventajas de las turbinas hidrocinéticasp. 25
- hidrocinético:p. 25
- Tipos de Turbinas Hidrocinéticasp. 25
- Componentes de un sistema de generación Hidrocinéticop. 29
- renovablep. 30
- CAPÍTULO 3. REVISIÓN LITERATURAp. 33
- CAPÍTULO 4. OBJETIVOS Y METODOLOGÍAp. 40
- Objetivo Generalp. 40
- Objetivos Específicosp. 40
- Metodologíap. 34
- Fase 0p. 40
- Fase Ip. 40
- Fase IIp. 41
- Fase IIIp. 41
- Fase IVp. 41
- CAPÍTULO 5. CARACTERIZACIÓN DEL CASO DE ESTUDIOp. 42
- Caracterización de la carga eléctrica del caso de estudiop. 42
- Curva de Demanda del caso de estudiop. 44
- CAPÍTULO 6. EVALUACIÓN TÉCNICA DE ALTERNATIVASp. 46
- Cuantificación de la energía requerida por el caso de estudiop. 46
- zona, Solar e Hidrocinéticap. 46
- Estimación de la Radiación Solar para Generación con Paneles Solaresp. 46
- Generación con Paneles Solares y Almacenamientop. 47
- Cálculo de la potencia fotovoltaicap. 48
- Cálculo del número de Paneles Solaresp. 48
- Cálculo del Sistema de almacenamientop. 49
- Generación con Energía Hidrocinéticap. 51
- Alternativa 1: Suplir la demanda únicamente con una Turbina hidrocinéticap. 51
- Alternativa 2: Combinación Energía Hidrocinética con Bateríasp. 54
- Alternativa: Combinación Hidrocinética y Paneles Solaresp. 62
- CAPÍTULO 7. EVALUACIÓN ECONOMICAp. 65
- 7.1 Flujo de caja para Alternativa Turbina Hidrocinética 3 kWp. 66
- 7.2 Flujo de caja para Alternativa Paneles Solares y Almacenamiento:p. 68
- 7.3 Flujo de caja para Alternativa Hidrocinética y Baterías:p. 69
- 7.4 Alternativa Energía Hidrocinética combinada con Energía Solarp. 71
- 7.5 Resumen Económico de las distintas alternativasp. 72
- CAPÍTULO 8. ANÁLISIS DE SENSIBILIDADp. 75
- Escenario 1: Intensidad de Radiación Solar = 3,4 kWh/m2/díap. 75
- Escenario 2: Costo de la turbina hidrocinética 20% menorp. 77
- CAPÍTULO 9. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROSp. 80
- Conclusiones generales del trabajo finalp. 80
- Conclusiones asociadas con el logro de los objetivos definidosp. 80
- Objetivo específico 1p. 80
- Objetivo específico 2p. 80
- Objetivo específico 3p. 81
- Objetivo generalp. 40
- Trabajos Futurosp. 82
- 10. Referenciasp. 84
- Figura 1. Fenómeno fotoeléctrico. Fuente (Carrillo, 2014)p. 19
- panel fotovoltaico”p. 21
- Figura 3. Número de ciclos vs profundidad de descarga de batería. Fuente: (Tecnosolab, 2017)p. 23
- Figura 4. Tipos de Turbinas Hidrocinética. Fuente (Khan et al., 2010)p. 26
- Figura 5. Eje inclinado. Fuente (Vermaak et al 2014)p. 26
- Figura 6. Anclaje rígido. Fuente (Vermaak et al 2014)p. 26
- Figura 7. Generador no sumergido. Fuente (Vermaak et al 2014)p. 27
- Figura 8. Generador sumergido. Fuente (vermaak et al 2014)p. 27
- Figura 9. Jaula de ardilla Darrieus. Fuente (vermaak et al 2014)p. 27
- Figura 10. Darrieus tipo H. Fuente (vermaak et al 2014)p. 28
- Figura 11. Darrieus. Fuente (vermaak et al 2014)p. 28
- Figura 12. Gorlov. Fuente (vermaak et al 2014)p. 28
- Figura 13. Savonius. Fuente (vermaak et al 2014)p. 29
- Figura 14. Componentes del LCOE. Fuente (Ouyang, 2014)p. 31
- Figura 15. Secuencia metodológica para el desarrollo de este trabajo. Fuente Propiap. 41
- Figura 16. Curva de demanda. Fuente propiap. 44
- 2016)p. 88
- Figura 18. Arquitectura instalación fotovoltaica aislada. Fuente (Rodríguez, 2021)p. 50
- Figura 19. Esquema de conexión de la turbina Guinard. Fuente (Guinard, 2021)p. 54
- Figura 20. Curva potencia turbina Guinard 3 kW. Fuente (Guinard, 2021)p. 54
- Figura 21. Alternativa Turbina 1 KW + Baterías. Fuente propiap. 55
- Figura 22. Área curva de Excedente 1. Fuente propiap. 55
- Figura 23. Área curva de Excedente 2. Fuente propiap. 57
- Figura 24. Área curva mayor consumo. Fuente propiap. 59
- Figura 25. Arquitectura Alternativa Turbina 1.1. kW + Baterías. Fuente propiap. 62
- Figura 26. Arquitectura Alternativa Turbina 1.1. kW + Paneles Solares. Fuente propiap. 63
- Tabla 1. Estaciones Hidrometeorológicas del Municipio de Urrao. Fuente (HTM, 2014)p. 12
- Hidrometereológicas del municipio de Urrao. (Ideam, 2016)p. 12
- de Urrao. Fuente Danep. 13
- Tabla 4 Ventajas y desventajas de la energía solar. Fuente: (Silveira, 2017)p. 18
- Tabla 5 Ejemplo ficha técnica batería. Fuente: (Tecnosolab, 2017)p. 23
- Tabla 6 Comparativo tipos de baterías. Fuente propiap. 24
- Tabla 7. Ecuaciones de búsquedap. 33
- Tabla 8. trabajos Internacionales y Nacionales en solución de Electrificación para ZNIp. 38
- Tabla 9 Caracterización de la carga eléctrica del caso de estudio. Fuente propiap. 43
- Tabla 10 Consumo de energía por hora, caso de estudio. Fuente propiap. 44
- en (Smarthydro, 2021), (Guinard, 2021), (Newenergycorp, 2021), (Heliosatlas, 2021)p. 52
- Tabla 12 Consolidado de cotos de las distintas alternativas. Fuente propiap. 65
- Tabla 13 Datos para elaboración de flujo de caja de turbina Hidrocinética. Fuente propiap. 66
- Tabla 14 Flujo de caja alternativa hidrocinética 3KW. Fuente propiap. 67
- Tabla 15 Resumen indicadores financieros alternativa hidrocinética 3 kW. Fuente propiap. 68
- Tabla 17 Flujo de caja alternativa generación solar y almacenamiento. Fuente propiap. 69
- Tabla 18 Cálculo de indicadores financieros alternativa solar y baterías. Fuente propiap. 69
- Tabla 19 Datos para flujo de caja, alternativa hidrocinética más batería. fuente propiap. 70
- Tabla 20 Flujo de caja alternativa Hidrocinética y Baterías. Fuente propiap. 70
- Tabla 21 Indicadores Financieros Alternativa Hidrocinética y baterías. Fuente propiap. 71
- Tabla 23 Flujo de caja Alternativa Hidrocinética y Solar. Fuente propiap. 72
- Tabla 24 Indicadores financieros Alternativa Hidrocinética y Solar. Fuente propiap. 72
- Tabla 25 Consolidada de costos de cada alternativa e indicadores financieros. Fuente propiap. 73
- Tabla 26 Datos para flujo de caja alternativa solar con supuesto 3,4 HSP. Fuente propiap. 76
- Tabla 27 Flujo de caja, alternativa solar con supuesto 3,4 HSP. Fuente propiap. 77
- Tabla 28 indicadores financieros alternativa solar, supuesto 3,4 HSP. Fuente propiap. 77
- en función de la demanda. Fuente propiap. 78
- Tabla 30 Valores de LCOE para todas la alternativas. Fuente propiap. 79