Bajando costes en Mini-grids híbridos para electrificación rural (3ª PARTE)

Sistema óptimo en diferentes condiciones naturales con un precio del diesel fijo ($0.70/L)

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DISEÑO DE MINI-GRIDS HÍBRIDOS

El éxito de un mini-grid híbrido se fundamenta en un diseño cuidadoso que permita optimizar el sistema todo lo que sea posible, si no lo hacemos así estaremos perdiendo energía y los resultados no serán satisfactorios. Un mini-grid híbrido está compuesto por tres subsistemas: los sistemas de producción, distribución y demanda. Cada subsistema puede variar notablemente en sus componentes y arquitectura de acuerdo con la disponibilidad de recursos, servicios deseados para proporcionar, y caracteristicas del usuario.

• Producción:  Este subsistema incluye la generación (energías renovables y generadores), almacenamiento (baterías), convertidores, rectificadores e inversores para convertir energía DC en AC, y componentes de gestión (sistemas de gestión de la energía). El subsistema de producción determina la capacidad del sistema híbrido para proporcionar electricidad, y conectar todos los componentes a través de un embarrado (conectando junto todo el cableado eléctrico de los diferentes componentes) a un voltaje requerido (AC/DC) para el sistema de distribución.
• Distribución: Este subsistema incluye al equipo de ditribución. Este subsistema se encarga de distribuir la electricidad producida a los usuarios por medio del mini-grid. La primera cuestión que se plantea es si usar una mini-grid de distribución basada en DC o en AC, y si construir una red monofásica o trifásica. Esta decisión tendrá un impacto en el coste del proyecto y determinará los dispositivos que pueden ser utilizados.
• Subsistemas de demanda o aplicación: Este subsistema incluye todos los equipos en el lado del usuario final del sistema, tales como medidores, cableado interno, puesta a tierra, y los dispositivos que usarán toda la electricidad generada por la planta de generación híbrida.

El diseño del mini-grid directamente afecta la estructura de costes del proyecto y determina no solamente el precio de la energía producida, sino también la calidad de los servicios proporcionados a los usuarios. La primera fase de la evaluación de cualquier diseño debe integrar un análisis de las condiciones locales y las necesidades de la comunidad rural, y maximizar la implicación y soporte de la comunidad en las consideraciones de diseño. La implicación local es una necesidad es una necesidad para reducir el posible fallo de un proyecto y cualquier imagen negativa de las energías renovables.

La forma que recomendamos a la hora de diseñar un Mini-grid es la siguiente:

• Determinar la demanda de servicios: La capacidad y diseño instalado debe basarse en las previsiones de demanda in-situ que deben obtenerse encuestando a los consumidores potenciales. Los usos productivos de la electricidad deben incluirse como especificaciones tecnológicas diferentes a las de uso doméstico. Por ejemplo, la demanda de carga comercial tiene lugar principalmente durante las horas del día. Los servicios de electricidad determinarán la capacidad de carga, tipo de carga (AC/DC) y fases requeridas (monofásicas/trifásicas).
• Creación de servicios paralelos: La disponibilidad de electricidad permite realizar trabajos de carpintería, riego agrícola, telecomunicaciones, u otras industrias locales. El crecimiento en estos factores realza la economía local, facilitando servicios posteriores y correcciones, e ingresos de electricidad estables.
• Permite el crecimiento de la demanda futura: El número de conexiones de usuario puede ser baja al principio, especialmente en áreas donde no se han instalado otros proyectos previamente; sin embargo, la implementación de nuevos servicios incrementará el número de conexiones con el tiempo. La dinámica de población también cambia una vez la villa ha sido electrificada, y cualquier crecimiento en la población local incrementará los puntos de conexión.
• Buscar oportunidades de mejora dentro del suministro de electricidad existente: En pueblos con alguna clase de suministro de electricidad tales como los generadores diesel, el comportamiento del consumidor relativo al consumo de electricidad está ya establecido.  Esto puede ser contraproducente para los sistemas de energía híbridos y puede ser necesaria una re-educación.

Comparativa de soluciones

Los sistemas mini-grid basados en combustibles diesel son la solución más cara en toda la vida del proyecto. Especial significación tienen los costes crecientes del combustible, también los costes de funcionamiento y la sustitución del equipo cada 25000 horas de operación.

La solución más barata es una instalación híbrida hidro-hidráulica. Si hay disponibilidad de agua no es competitivo colocar instalación fotovoltaica o eólica.

En zonas ventosas los sistemas eólico-diesel son interesantes por encima de los fotovoltaicos.

Y en lugares con poco viento y alta radiación solar la opción fotovoltaica-diesel es la correcta.

Otra consideración a tener en cuenta es que los costes de operación de la eólica son mayores que la fotovoltaica y en la fotovoltaica los problemas de mantenimiento son mínimos.

Si la disponibilidad de diesel es pequeña (comunidades remotas) es preferible la fotovoltaica ya que su dependencia será menor (8 %) que en la eólica (17%).

Las baterías duran menos tiempo en los híbridos fotovoltaicos que en los híbridos eólicos.

Por último, la configuración de un generador diesel combinada con fotovoltaica y eólica es la solución de menor coste aparte de la hidroeléctrica.

Ajustando el modelo para condiciones naturales variables

El tipo óptimo de sistema requiere estudiar en detalle las condiciones naturales de cada lugar con un precio del diesel fijo. El modelo a elegir varía dependiendo de la velocidad del viento y de la disponibilidad de radiación solar de cada zona. El sistema óptimo varía según estas variables como el ejemplo de la figura que mostramos al inicio del artículo. Como vemos la opción fotovoltaica solamente es apropiada en entornos donde no podemos usar generadores eólicos pero funciona bien cuando podemos montar un sistema híbrido eólica - fotovoltaica. Esa es realmente la opción más común.

Como vemos en la figura el diesel solamente es competitivo cuando la velocidad del viento es baja y con radiación solar también reducida.

¿Qué ocurre cuando suben de precio los combustibles?

Cuando los precios de los combustibles suben de precio las cosas cambian. La gráfica siguiente se ha calculado para precios del diesel de U.S. $ 1.30 /L (actualmente el diesel está en España a U.S. $ 1.79/L). Al precio de 1.30 la opción diesel en Mini-Grid nunca es la opción más rentable. Cuando los costs del diesel superan U.S. $ 1.00/L, el sistema de energía que funciona con diesel nunca es competitivo.

Sistema óptimo en diferentes condiciones naturales con precio del diesel dijo ($ 1.30/L)

La gráfica muestra también otro hecho significativo, y es que cuando las velocidades del viento son realmente altas no se requiere generador diesel

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