Medellín - Minas - Maestría en Ingeniería - Sistemas Energéticos · 2022
Generación distribuida basada en sistemas híbridos caso de estudio: La Guajira, Colombia
En este trabajo se presenta una propuesta de sistema híbrido de potencia (HPS) con tecnologías solar fotovoltaica y gasificación de biomasa con posibilidad de ser implementado en el departamento de La Guajira. El HPS incluye un sistema de gasificación de 30 kWt y 10 kWe evaluado para funcionar con cascarilla de arroz. Se utilizó un modelo de predicción de la composición del syngas y se obtuvo un poder calorífico inferior de 3,77 MJ/Nm3 utilizado para determinar las dimensiones constructivas del gasificador y seleccionar el motor acoplable. Por otro lado, se dimensionó un sistema fotovoltaico de 12,5 kW con inversor de tipo híbrido para gestionar la carga DC de los paneles y la carga AC del motor. El prototipo diseñado se evaluó desde los aspectos técnicos, financieros y regulatorios. La evaluación regulatoria indica que la normativa colombiana ha establecido la promoción de la generación con HPS con el objetivo de sustituir la alta presencia de generación con diésel existente en las Zonas No Interconectadas y aunque la conexión al Sistema Interconectado Nacional no es mencionada en la normativa, se encuentra permitida y en ambos casos se puede acceder a los incentivos tributarios establecidos por la ley. La evaluación técnica y financiera se realizó en el software HOMER Pro y se seleccionó como mejor alternativa la generación a partir de gasificación + fotovoltaica + baterías con un exceso de electricidad y demanda no atendida mínima de 14,5% y 0,03% respectivamente; finalmente se obtiene un costo nivelado de la energía 0,34 USD/kWh. (Texto tomado de la fuente)
Texto completo 151 páginas con texto de 158
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Contenido
- Introducciónp. 17
- Generación distribuidap. 19
- Definicionesp. 19
- 1.1.1 Estados Unidosp. 20
- 1.1.2 Unión Europeap. 16
- 1.1.3 Chinap. 21
- 1.1.4 Colombiap. 21
- Etapas de integración de la generación distribuidap. 22
- 1.2.1 Etapa 1: integración moderadap. 22
- 1.2.2 Etapa 2: integración totalp. 23
- 1.2.3 Etapa 3: desarrollo de mercados de energía localizadosp. 23
- Mecanismos de compensaciónp. 23
- 1.3.1 Esquemas de medición y facturaciónp. 24
- Experiencias internacionales en generación distribuidap. 25
- 1.4.1 Unión Europeap. 16
- 1.4.2 Países Nórdicosp. 25
- 1.4.3 América Latina y el Caribep. 26
- Generación distribuida en Colombiap. 28
- 1.5.1 Contexto institucionalp. 28
- 1.5.2 Marco normativop. 29
- 1.5.3 Autogeneraciónp. 31
- 1.5.4 Generación distribuidap. 19
- 1.5.5 Incentivos tributariosp. 34
- 1.5.6 Aspectos técnicosp. 35
- Estadísticas de autogeneración y generación distribuidap. 36
- 1.6.1 Estado de las solicitudes de conexiónp. 36
- Resultados y consideraciones finalesp. 38
- Sistemas Híbridos de Potencia - HPSp. 41
- Definiciónp. 41
- Ventajas de los HPSp. 42
- Tecnología solar fotovoltaica y gasificación de biomasa en HPSp. 42
- 2.3.1 Gasificación de biomasap. 42
- 2.3.2 Energía solar fotovoltaicap. 46
- Aplicaciones de HPSp. 48
- 2.4.1 Estaciones de telecomunicaciónp. 48
- 2.4.2 Hospitales remotosp. 49
- 2.4.3 Edificacionesp. 49
- 2.4.4 Electrificación ruralp. 50
- 2.4.5 Otras aplicacionesp. 51
- Tipos de conexiónp. 51
- Herramientas de simulaciónp. 51
- 2.6.1 Uso de Homer Pro en Colombiap. 52
- HPS en Colombiap. 54
- 2.7.1 Amazonasp. 54
- 2.7.2 Valle del Caucap. 54
- 2.7.3 Bolívarp. 56
- 2.7.4 Chocóp. 54
- Antioquiap. 54
- 2.7.5 La Guajirap. 58
- 2.7.6 Otros departamentosp. 59
- Resultados y consideraciones finalesp. 38
- Caso de estudio: La Guajirap. 61
- Contexto departamentalp. 61
- 3.1.1 Localización y geografíap. 61
- 3.1.2 Poblaciónp. 62
- 3.1.3 Economíap. 62
- Cobertura de energía eléctricap. 62
- Recursos energéticos disponiblesp. 65
- 3.3.1 Recurso eólicop. 65
- 3.3.2 Recurso hidroeléctricop. 66
- 3.3.3 Recurso solarp. 67
- 3.3.4 Recurso de biomasap. 68
- Resultados y consideraciones finalesp. 38
- Diseño del HPSp. 73
- Diseño del sistema de gasificaciónp. 73
- 4.1.1 Relación de equivalenciap. 73
- 4.1.2 Estimación de los poderes caloríficos de la biomasap. 74
- 4.1.3 Modelo de predicción de la composición del gas de síntesisp. 74
- 4.1.4 Resultados del modelo de predicción aplicadop. 84
- 4.1.5 Modelo para el dimensionamiento del gasificadorp. 86
- Resultados y consideraciones finalesp. 38
- Simulación del HPS en Homer Prop. 91
- Perfil de la zona de estudiop. 91
- 5.1.1 Carga eléctricap. 92
- Parámetros de entradap. 92
- 5.2.1 Recurso solarp. 67
- 5.2.2 Recurso de biomasap. 68
- Descripción técnica de alternativasp. 94
- 5.3.1 Generador de biomasap. 94
- 5.3.2 Generador diéselp. 94
- 5.3.3 Panel fotovoltaico e inversorp. 94
- Especificaciones económicasp. 95
- Resultados y consideraciones finalesp. 38
- 5.5.1 Alternativa 1: generación con gasolinap. 96
- 5.5.2 Alternativa 2: generación con biomasap. 97
- 5.5.3 Alternativa 3: generación fotovoltaicap. 98
- 5.5.4 Alternativa 4: generación con biomasa + fotovoltaica + bateríasp. 100
- Conclusionesp. 103
- Anexo A: Listado de normativap. 107
- Anexo B: Solicitudes de informaciónp. 109
- Anexo C: Códigos del modelo de predicción de composición del gasp. 116
- A.1. ModeloGasificación.pyp. 116
- A.2. ModeloReducción.pyp. 125
- Anexo D: Planos del sistema de gasificaciónp. 129
- Referencias Consultadasp. 147
- Figura 1-1 Esquemas de medición y facturación en América Latina y el Caribep. 26
- Figura 1-2 Mapa institucional del subsector de energía eléctricap. 29
- Figura 1-3 Marco normativo en generación distribuida y autogeneraciónp. 30
- Figura 1-4 Estado de solicitudes de autogeneración y generación distribuidap. 36
- Figura 1-5 Potencia instalada por tipo de generadorp. 37
- Figura 2-1 Gasificador de lecho fijo flujo ascendentep. 44
- Figura 2-2 Gasificador de lecho fijo flujo descendentep. 45
- Figura 2-3 Gasificador de lecho fijo flujo cruzadop. 46
- Figura 2-4 Clasificación de sistemas solares fotovoltaicosp. 47
- Figura 2-5 Cantidad y distribución espacial de HPS en Colombiap. 54
- Figura 3-1 División política y administrativa de La Guajirap. 61
- Figura 3-2 Cobertura de energía eléctrica municipal en La Guajirap. 63
- Figura 3-3 Localización de proyectos eólicos en La Guajirap. 65
- Figura 3-4 Irradiación global media horizontal en La Guajirap. 67
- Figura 3-5 Ubicación y capacidad declarada de proyectos fotovoltaicos en La Guajirap. 68
- Figura 3-6 Distribución de territorios agrícolas en La Guajirap. 69
- Figura 3-7 Producción agrícola en La Guajira en 2020p. 69
- Figura 4-1 Esquema general del modelo de predicción de composición del gasp. 75
- Figura 4-3 Perfil de temperatura del syngas a su paso por la zona de reducciónp. 85
- Figura 4-5 Resultados de predicción de la composición del syngasp. 86
- Figura 4-6 Dimensiones constructivas del gasificadorp. 86
- Figura 5-1 Ubicación geográfica de la zona de estudiop. 91
- Figura 5-2 Simulación de los perfiles de carga para la zona de estudiop. 92
- Figura 5-3 Irradiación solar media para la zona de estudiop. 93
- Figura 5-4 Flujo de caja alternativa 1: generación con gasolinap. 96
- Figura 5-5 Consumo de gasolina y salida de potencia anual de la alternativa 1p. 97
- Figura 5-6 Flujo de caja alternativa 2: generación con biomasap. 97
- Figura 5-7 Consumo de biomasa y salida de potencia anual de la alternativa 2p. 98
- Figura 5-8 Flujo de caja alternativa 3: generación fotovoltaicap. 99
- Figura 5-9 Salida de potencia anual de la alternativa 3p. 99
- Figura 5-10 Flujo de caja alternativa 4: generación con biomasa + fotovoltaica + bateríasp. 100
- Figura 5-11 Generación eléctrica mensual de la alternativa 4p. 100
- Figura 5-12 Salida de potencia del generador de biomasa en la alternativa 4p. 101
- Figura 5-13 Salida de potencia del generador fotovoltaico en la alternativa 4p. 102
- Figura 5-14 Salida de potencia de las baterías en la alternativa 4p. 102
- Figura 6-1 Solicitud de información incentivos tributarios FNCERp. 110
- Figura 6-2 Solicitud de información sistemas híbridos conectados 1 de 3p. 111
- Figura 6-3 Solicitud de información sistemas híbridos conectados 2 de 3p. 112
- Figura 6-4 Solicitud de información sistemas híbridos conectados 3 de 3p. 113
- Figura 6-5 Solicitud de información conexión de sistemas híbridos en La Guajirap. 114
- Figura 6-6 Solicitud de información acerca de sistemas híbridos en ZNIp. 114
- Tabla 1-1 Características de los principales esquemas de medición y facturaciónp. 24
- Tabla 1-2 Opciones de entrega y venta de excedentes para un AGPE en el SINp. 31
- Tabla 1-3 Opciones de comercialización y precios de energía para la GD en el SINp. 33
- Tabla 1-4 Incentivos tributarios aplicables a la generación con FNCERp. 34
- Tabla 2-1 Aplicaciones que incluyen tecnología fotovoltaica y de biomasap. 51
- Tabla 2-2 Tipos de conexión eléctrica de HPSp. 51
- Tabla 2-3 Características de funcionamiento de HPS ubicados en Amazonasp. 55
- Tabla 2-4 Características de funcionamiento de HPS ubicados en Valle del Caucap. 55
- Tabla 2-5 Características de funcionamiento de HPS ubicados en Bolívarp. 56
- Tabla 2-6 Características de funcionamiento de HPS ubicados en Chocóp. 57
- Tabla 2-7 Principales parámetros y características del gasificador del proyecto HIBRELECp. 58
- Tabla 2-8 Características de funcionamiento de HPS ubicados en La Guajirap. 59
- Tabla 2-9 Características de funcionamiento de HPS ubicados en Casanare, Guanía y Vaupésp. 59
- arrozp. 71
- Tabla 4-1 Análisis próximo y último de la cascarilla de arrozp. 74
- Tabla 4-2 Factor de frecuencia y energía de activaciónp. 83
- Tabla 4-3 Parámetros de entrada para el diseño del gasificadorp. 87
- Tabla 4-4 Número de boquillas de acuerdo con la tasa de consumo de biomasap. 88
- Tabla 4-5 Requisitos de transporte para dimensionamiento del tornillop. 89
- Tabla 4-6 Dimensiones principales del tornillo transportadorp. 89
- Tabla 4-7 Parámetros constructivos del gasificadorp. 90
- Tabla 5-1 Descripción técnica del generador acoplado al gasificadorp. 94
- Tabla 5-2 Descripción técnica del panel fotovoltaicop. 95
- Tabla 5-3 Especificaciones económicas de alternativas de generaciónp. 95
- Tabla 6-1 Resumen de alternativas evaluadas en HOMER Prop. 104