- Perfil de consumo horario: Cálculo de las potencias necesarias en diferentes tramos de horas al día. En este tipo de diseños es importante elegir la generación adecuada pero sobre todo enlazar todo lo posible la generación con el consumo. El perfil de consumo horario nos ayudará a dimensionar exactamente el tamaño relativo de los componentes del sistema híbrido y a equilibrar el sistema. En instalaciones grandes estas simulaciones son lo más importante para conseguir optimizar el diseño.
- Coste unitario de un sistema fotovoltaico (o eólico): US$/Wp. Aquí tenemos que tener en cuenta la caída en los costes de las diferentes tecnologías utilizables y el tiempo que cada tecnología estará produciendo en el ciclo horario y anual. La caída continua en el precio de las energías renovables hace que tengamos que tener muy en cuenta en cada caso estos valores. La generación más adecuada en cada caso dependerá del lugar, de variables ambientales como el viento o la radiación solar. Si el viento es constante a lo largo del año probablemente la eólica sea la opción preferente pues puede estarse produciendo energía durante 24 horas.
- Coste de la energía obtenida mediante generadores diésel en el lugar de generación y teniendo en cuenta el coste real del combustible: US$/kWh. La ventaja de los generadores diésel es que podemos usarlos cuando los necesitemos pero la desventaja son los costes operacionales. En los estudios de generación distribuida es clave estudiar el perfil de consumo horario durante todo el año y así averiguaremos cuantas horas de funcionamiento serán necesarias según el perfil horario.
- Eficiencia de los generadores diésel: Como siempre decimos, en eficiencia energética hay que estudiar el equilibrio entre las inversiones de capital y los ahorros de combustible. Este criterio es importante en los generadores diésel por elevado coste operacional de estos equipos, un problema que se agrava en zonas remotas. Los generadores eficientes consumen entre un 25 y un 35 % menos de combustible que los generadores convencionales por lo que la eficiencia del generador penalizará el tamaño del generador renovable.
- Coste del diésel. Al valorar el coste del diésel hay que computar los costes de transportarlo al lugar de consumo, que suele ser elevado en lugares remotas.
- Periodo de análisis. El periodo de análisis a tener en cuenta para evaluar correctamente estos proyectos es de 20 años.
- Tasa de inflación. Tendremos en cuenta el efecto de la inflación como hemos explicado en Los costes en el ciclo de vida de los proyectos energéticos.
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- Tasa de descuento. Tendremos en cuenta la tasa de descuento como explicamos en Los costes en el ciclo de vida de los proyectos energéticos.
- Radiación solar o régimen de viento y la variabilidad anual de estas variables. La radiación solar o el régimen de viento, y sobre todo la variabilidad anual de estas variables nos condicionará enormemente el sistema híbrido. Utilizando datos climatológicos y herramientas de simulación permite optimizar el sistema híbrido.
- Escalabilidad: Hasta ahora hemos hablado del diseño de un sistema híbrido, pero no hemos tenido en cuenta el aumento del consumo energético local y cómo afectará al sistema. La gran ventaja de la generación distribuida respecto a la convencional es que es más fácil la escalabilidad, pero eso sí, siempre que conozcamos bien el diseño y podamos diseñar un sistema que esté siempre equilibrado.
- Eficiencia energética en los receptores: Muchas veces se plantean proyectos de generación distribuida sin tener en cuenta lo más esencial, y es promocionar la utilización de receptores de bajo consumo. Haciendo esto podremos disminuir el tamaño del sistema de generación en un 50 % como mínimo. Hay que tener en cuenta que es más caro construir un sistema de generación que disminuir el consumo energético por lo que debemos trabajar con la población y conseguir que tengan acceso a tecnologías de ultra-bajo consumo.
- Inversores: Los inversores son el elemento que más penaliza la generación distribuida y de nada vale generar si luego perdemos energía al convertirla en corriente alterna. Si bien los últimos desarrollos de inversores consiguen una eficiencia del 96 %, lo cierto es que hemos encontrado que sobre todo en los países pobres se usan inversores que son auténticos "agujeros de tirar energía". Inversores que generan ondas cuasi-cuadradas y con rendimientos por debajo del 80 %.
Buscando el punto de máximo rendimiento
El consumo diésel puede modelizarse usando curvas de regresión que dependen del motor seleccionado, y que nos permiten calcular el consumo de un motor diésel. Estas curvas nos permiten determinar el ahorro de combustible con diferentes simulaciones, que serán realizadas en función de la capacidad de los generadores renovables que pensemos instalar. Lo que sobre todo debemos evitar es que los motores diésel estén trabajando con carga cero o con muy pequeñas cargas, porque en esta situación el coste por kWh será altísimo. Es decir, la generación renovable es idónea para todos aquellos periodos de tiempo en los que las cargas sean más bajas.
Por el contrario, si lo que intentamos es cubrir cargas altas con generación renovable veremos que el coste de generación en estos casos es menor en los motores diésel.
Si utilizamos varios motores en paralelo se irán poniendo en funcionamiento conforme aumente la carga o cuando disminuya la producción renovable.
El consumo de combustible puede estimarse para todo un año de operación sumando el consumo horario previsto para los motores generadores.
De esta forma podremos calcular el ahorro de combustible mediante la diferencia de consumo diésel con y sin generación renovable. Es decir, podemos calcular cuanto consumiríamos usando solamente motores diésel y cual sería el ahorro parando los motores cuando tengamos disponibilidad de energías renovables (eólica o fotovoltaica).
A partir de aquí es fácil realizar un análisis económico basándonos en el ahorro a lo largo del ciclo de vida mediante los siguientes cálculos:
- Costes en el ciclo de vida del proyecto sin inversión en renovables.
- Costes en el ciclo de vida con inversión en renovables: Aquí consideramos el coste adicional del generador renovable y el ahorro de combustible que conseguimos en el ciclo de vida.
En conclusión, la optimización de un sistema híbrido debe hacerse calculando bajo diferentes escenarios (tamaños relativos de generadores) el ahorro de combustible que conseguiremos con las aportaciones de generación renovable. Realizando este análisis con varios tamaños de generadores renovables (en varias potencias) y calculando el ahorro en el ciclo de vida encontraremos una curva en la que nos mostrará un máximo de ahorro para un tamaño determinado de generador renovable. El ahorro será menor tanto para generadores más pequeños como para generadores más grandes.
La realización de este tipo de análisis es importante porque como vemos la optimización del sistema híbrido es muy dependiente del perfil de carga anual. Como indicamos anterioremente es fundamental estudiar el perfil de carga, optimizarlo (eficiencia energética) y luego calcular el sistema híbrido que nos permitirá un mayor ahorro.
En el caso de sistemas híbridos con generadores diésel, veremos que la puesta en marcha de los diferentes motores es lo que nos va a condicionar el tamaño óptimo de la generación renovables.
Bibliografía:
- Isolated hybrid pv-diesel power plants design method. World Climate & Energy, 1-5 December 2003, Rido de Janeiro, Brazil
- Preparing an existing diesel power plant for a wind hybrid retrofit: Lessons learned in the Wales, Alaska, Wind-Diesel Hybrid Power Project. NREL
- Maximum Power Control of Hybrid Wind-Diesel-Storage System. Advances in Fuzzy Systems.
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