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Ficha Técnica: Estudio de suministro energético fotovoltaico para riego del secano, caso del sector Loncomilla y su potencial regional
Ficha Técnica: Estudio de suministro energético fotovoltaico para riego del secano, caso del sector Loncomilla y su potencial regional
1. Resumen Se investiga de manera práctica los factores que permiten la integración competitiva de las Energías del tipo Renovable No Convencional (ERNC) en el ámbito productivo de la Región del Maule, en especial en la agricultura del sector secano. El sector secano es un área prioritaria de la política de desarrollo rural de la Región, dado que es una de las áreas de mayor retraso en términos productivos, básicamente debido a la falta de riego para poder poner en producción competitiva estas tierras, lo cual requiere sistemas de riego intensivos en el uso de energía. El proyecto consiste en una investigación aplicada para la generación de energía fotovoltaica interconectada a la red y acoplada a un sistema de riego que permite hacer productivas más de 3.000 ha del sector del Secano Costero de la Región del Maule. Para ello se requiere investigar: •
Un modelo optimizado de generación fotovoltaica de acuerdo a la disponibilidad energética del lugar y su complementación con sistemas convencionales de la energía o la red.
•
Las condiciones privadas y regulatorias para la conexión al sistema eléctrico consumiendo o aportando a la red eléctrica regional el excedente de energía producida.
•
El manejo de los factores de intermitencia, garantizando la estabilidad, disponibilidad y las metas de incorporación de las ERNC al sistema.
•
La ingeniería básica del sistema de suministro eléctrico y su conexión a la red y al sistema de riego proyectado para el sector, que permita resolver su factibilidad técnica.
•
La evaluación económica del sistema que permita resolver su factibilidad económica privada y social.
La elección del caso de estudio responde a que: i) ya existe un proyecto de riego en su etapa de ingeniería básica para el sector, ii) que los sistemas fotovoltaicos minimizan la intermitencia y permiten una buena predictibilidad en la capacidad de generación, iii) la disponibilidad de irradiancia solar del sector es una de las más altas del país 1649.6 kWh/m2 al año, iv) la demanda energética del sistema de riego y la disponibilidad del recurso solar están completamente en fase, dado que la mayor demanda se presenta entre diciembre – marzo, coincidente con el período de mayor irradiancia solar; de esta manera se prescinde de un sistema de acumulación, v) la alternativa de suministro eléctrico es la red.
2. Objetivo Apoyar el uso competitivo de una fuente de energía eléctrica del tipo ERNC en el desarrollo regional, de forma sustentable, mediante la elaboración de las bases de un parque fotovoltaico en el sector de Loncomilla así como de los análisis prácticos que impulsan el uso de estas fuentes de energía en los sectores productivos regionales para una mayor competitividad. Lo anterior en línea con las políticas regionales y nacionales de desarrollo.
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3. Antecedentes En Chile la participación de la energía fotovoltaica hasta el año 2010 no alcanza el 1%, y se asocia principalmente a aplicaciones efectuadas por empresas de telecomunicaciones, sistemas solares domésticos de iluminación de faros, electrificación y agua potable rural. Desde el 2010 la Comisión de Evaluación ambiental ha aprobado seis plantas solares fotovolaticas, todas ubicadas entre la primera y segunda región de Chile. Las potencias nominales de generación fluctúan entre los 9 y 37 MW, destacándose el proyecto Parque Fotovoltaico Atacama Solar con una potencia nominal total de 250 MW, el cual se espera entre en funcionamiento el 2016. De materializarse estas plantas, se inyectaría 340 MW al Sistema Interconectado del Norte Grande. Estas regiones presentan índices de radiación solar del orden de 2100 kWh/m2 año, lo que las hace especialmente aptas para este tipo de generación. Sin embargo, el país que cuenta con la mayor capacidad instalada de parques fotovoltaicos es Alemania, y su índice de radiación más favorable no supera los 1200 kWh/m2 y cuenta con 17.400 MW en generación fotovoltaica. Experiencias internacionales en el riego impulsado por energía fotovoltaica se encuentran en Kenia, Senegal, con caudales de hasta 60 m3/h, e Indonesia de 120 m3/h. En cuanto a la aplicación de energía fotovoltaica para riego en Chile se remiten las experiencias solamente al sector rural de pequeña escala. Las principales aplicaciones de la energía solar fotovoltaica se relacionan con; usos cuya demanda requiere que el sistema sea autónomo (no conectada a la red eléctrica normal) y aquellos casos en que el sistema actúa fundamentalmente como respaldo, o eventual generación independiente, pero con posibilidad de elegir si se usa la red o el sistema fotovoltaico. En este último caso es posible tener detección automática de suministro de red en conjunto con el sistema de selección manual, como acción de respaldo frente a cortes de suministro. Cabe señalar que los sistemas se pueden dimensionar modularmente de forma de incrementar la capacidad de los mismos según la mejor oportunidad, sea ésta económica, por demanda, o cualquier otro criterio de conveniencia del usuario. No obstante se debe tener presente que se trata de sistemas sujetos a intermitencia debido a la variable ambiental/climática (días nublados).
4. Alcance del Proyecto El problema esencial a resolver es la incorporación de manera sustentable de una fuente de energía del tipo ERNC, parque fotovoltaico, para abastecer un sistema de riego que pone en valor productivo más de 3.000 ha de tierra del secano costero Maulino. La figura 2 muestra la demanda de caudal, expresada en potencia eléctrica de bombeo, con la esperada variación estacional, que se compara con la irradiancia solar mensual, mostrada en la figura 3. Los datos de irradiancia solar son referenciales a una estación de medición en la zona del Maule, en El Colorado.
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Demanda Eléctrica Mensual 2,500
P (kW)
2,000 1,500 1,000 500 00 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
10
11
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Figura 2 – Demanda Mensual (kW)
Irradiación Mensual 250 I (kWh/m2)
200 150 100 50 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Figura 3 – Irradiancia Mensual (kWh/m2)
La semejanza natural de ambas curvas permite sugerir que la fuente de energía eléctrica de base fotovoltaica es una elección natural como fuente de ERNC del proyecto. Adicionalmente se ve que entre los meses 4 a 8, el parque fotovoltaico puede aportar toda su generación a la red regional, cuando la demanda de energía eléctrica aumenta (“tarifa de invierno”). A esto se suma la estabilidad y predictibilidad de esta fuente de energía. De acuerdo a la estimación preliminar y conservadora de costos, el proyecto resulta rentable, considerando un horizonte de 30 años, con una TIR de 9,9%, que es superior a la TIR obtenida en la evaluación privada del mismo proyecto de riego correspondiente a 4,4%. Este antecedente indica que el proyecto es altamente pertinente y sustentable, y por sobre todo, aumenta la competitividad del mismo proyecto de riego en estudio. Dicha rentabilidad se explica básicamente debido a que los ingresos de la evaluación corresponden a los ahorros obtenidos por el no consumo de la energía de la red y la venta de la energía excedente en invierno, para lo cual se considera como precio de la energía no el precio de nudo sino que la tarifa del consumidor.
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5. Metodología El trabajo se divide en tres etapas, las cuales se ejecutan paralelamente en el tiempo y coinciden con cada uno de los objetivos específicos. La primera etapa se basa fuertemente en un trabajo de ingeniería el cual culmina con el diseño básico de una planta de generación solar fotovoltaica. El trabajo es principalmente de gabinete basado en un pronóstico de irradiancia solar de base satelital. Mediante evaluaciones del proyecto del tipo económicas, sociales y ambientales, se prepara y planifica su posterior ejecución. Una vez definido el diseño básico del parque fotovoltaico se elaboran las bases de licitación, las cuales serán posteriormente licitadas por la Dirección de Obras Hidráulicas (DOH). Para la difusión de los resultados de esta etapa se realizarán capacitaciones tipo seminario a funcionarios de la DOH, así mismo a la consultora encargada del proyecto de riego, GORE, beneficiarios y técnicos que estarán ligados al parque. La segunda etapa se concentra en la recopilación de información y estudio de las regulaciones que afectan a este tipo de proyectos, como son las legales, marcos regulatorios vigentes, sobre todo los ligados al impacto ambiental y condiciones de conexión a la red existente. Para avanzar en la integración sustentable de la planta fotovoltaica al sistema interconectado central y aportar al desarrollo de la estabilidad, seguridad, accesibilidad, entre otras variables, se utilizarán software de simulación de sistemas de redes eléctricas de potencia como herramientas de análisis y de investigación aplicada. Al igual que en la etapa anterior, estos resultados son difundidos en jornadas de capacitación en convocatorias públicas y privadas. La etapa final se enfoca al desarrollo de herramientas para el desarrollo innovativo de la generación eléctrica fotovoltaica en el sector productivo de la región. En ella se considera la incorporación de datos satelitales de irradiancia, y luego contrastarlos con un levantamiento de información en terreno del lugar. Lo mismo se realizará para las actividades productivas. Mediante herramientas de modelo predictivo, se elaboran curvas de dimensionamiento óptimo. Con ello se elabora un programa computacional que integre dichos resultados en una herramienta interactiva que permita identificar potenciales de ERNC con énfasis en la fotovoltaica para casos y usos específicos. Finalmente se difundirán los resultados a través de jornadas de capacitación.
6. Descripción de Resultados Los resultados generados por el estudio consistirán principalmente en:
Documento de ingeniería básica.
Documento de evaluación económica y social.
Documento con bases técnicas.
Documento con bases administrativas.
Capacitación tipo seminario de transferencia de resultados a 60 personas en total.
Modelo optimizado de incorporación de fuentes de energía del tipo ERNC a los procesos productivos y su posterior presentación.
Estudio de potencialidad y recomendaciones específicas para la incorporación de parques fotovoltaicos de potencia a la red eléctrica regional basados en el concepto de red inteligente.
Disponibilidad libre de cargos de herramientas de predicción y evaluación para los potenciales interesados.
Capacitación tipo jornadas de taller con casos aplicados al contexto regional.
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7. Plan de Trabajo N° Etapa:
1
Nombre Etapa:
Diseño de Ingeniería Proyecto de Riego
Descripción:
Las actividades contempladas en esta etapa son las siguientes: a) Diseño de ingeniería básica. b) Evaluación económica y social. c) Elaboración de bases licitación. d) Entrega bases licitación DOH. e) Difusión resultados etapa 1.
N° Etapa:
2
Nombre Etapa:
Desarrollo de Herramientas
Descripción:
Las actividades contempladas en esta etapa son las siguientes: a)
Estudio del marco regulatorio.
b) Prospección de condiciones económicas y contractuales. c)
Estudio de alternativas técnicas.
d) Estudio del uso de redes inteligentes. e)
Estudio de las condiciones técnicas de conexión.
f)
Compilación resultados etapa 2.
g) Difusión resultados etapa 2.
N° Etapa:
3
Nombre Etapa:
Desarrollo de Herramientas
Descripción:
Las actividades contempladas en esta etapa son las siguientes:
Mapeo satelital solar regional.
Validación en Terreno.
Levantamiento de información productiva.
Establecimiento de herramientas predictivas.
Elaboración de aplicación computacional.
Compilación resultados etapa 3.
Elaboración de sitio Web.
Difusión resultados etapa 3.
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8. Beneficiarios Los usuarios beneficiados con la realización del presente proyecto son en una primera instancia la DOH y los Seremis de energía y de medioambiente de la región del Maule. Por otra parte, todos los beneficiarios del proyecto de riego Loncomilla de la comuna de San Javier también se ven beneficiados con el presente proyecto.
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9. Carta Gantt
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