PLATAFORMA DE APOYO PARA LA DECISIÓN DE IMPLEMETAR SISTEMAS DE ENERGÍAS RENOVABLES NO

CONVENCIONALES EN LA OPERACIÓN DE EQUIPOS DE RIEGO TECNIFICADO

PROFESORA GUÍATania Fernández RubilarPROFESOR CO-GUÍAMarcelo Olivares AlvealPROFESOR INTEGRANTERodrigo Palma Behnke

ÁLVARO ISLA FIGUEROA

Santiago, diciembre de 2010

¿Por qué analizar la factibilidad de ERNC en sistemas de riego tecnificado?

72%

5%

23%

Distribución Superficie RegadaTotal 2.187.624 [ha]

Riego Gravitacional

Riego c/ Mecánica Mayor

Microriego

Fuente: INE. Censo Agropecuario2007Sector Silvoagropecuario:

• 4,2 % del PIB nacional al año 2009 (Banco central)

• 23,1 % de las exportaciones nacionales

Fuente: INE

Distribución Superficie Regada1.287.624 [ha]

¿Por qué analizar la factibilidad de ERNC en sistemas de riego tecnificado?

RIEGO TECNIFICADO+

ERNC¿ = ?

• Desarrollo Agrícola Sustentable• Aumento de superficie regada (zonas

extremas)• Colabora con políticas públicas

OBJETIVO GENERAL

Analizar, en forma preliminar, la factibilidad técnico-económica de utilizar generadores eléctricos basados en energía eólica, para la operación de sistemas de riego tecnificado, evaluando sus costos.

Desarrollo de una plataforma computacional

Identificar factores trascendentalespara la elaboración de futuros estudios

0 5 10 15 20-$ 100,000

-$ 50,000

$ 0

$ 50,000

$ 100,000

$ 150,000

$ 200,000

$ 250,000

Eólico (C)

Eólico (B)

R. Eléc. (A Base)

Diesel (A Base)

Eólico (A Base)

Superficie [ha]

VAN

x$1.

000

Variación de Inversión

Prueba de la herramienta que permita concluir respecto a la factibilidad.

Caracterización

Sistema de Riego Sistema de Generación

Demanda Oferta

Generador Regulador de carga

InversorBanco de Baterías

• Almacena energía de forma eléctrica.

• Se transforma corriente continua a corriente alterna.

• Elementos de control y regulación castigan la eficiencia.

SISTEMA DE GENERACIÓN (OFERTA)

Whisper 500

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000 Potencia Generada [W]

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 Velocidad Viento [m/s]Faro Carranza02-12-2006

OFERTA

SISTEMAS DE RIEGO (DEMANDA)

B B

Captación Subterránea Bomba Estanque

Superficial Bomba Equipo de riego

1

B

Captación Subterránea Bomba Equipo de

riego

B

EstanqueSuperficial Bomba Equipo

de riegoCaptación Superficial

2

3

DEMANDA

Hg

B

Hs

Hf,Hv

HT

Q[m3/s]

H[m] = Hg + Hf + Hv + Hs + HT

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

SISTEMAS DE RIEGO

• Disponibilidad absoluta del recurso hídrico en la fuente.

• Demanda del cultivo tiene variación mensual.

• Único punto de operación dentro del mes para las bombas

• Selección de bomba para caudal máximo

NOV DIC ENE FEB

Q

H

QQmes

Hmes

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000OfertaPOTENCIA [W]

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000DemandaPOTENCIA [W]

Factibilidad Energética Factibilidad Económica

VAN - TIR

Entrada del Usuario•Variables Hidráulicas

•Variables Meteorológicas

•Variables Económicas

Base de datos

•Curva de generación

•Costos de inversión

•Marginalidad de los cultivos

Simulación

•Cálculo de energía generada y consumida

•Factibilidad Energética

Evaluación Económica

•Flujo de Caja

•VAN – TIR

•Factibilidad Económica

PLATAFORMACOMPUTACIONAL

PGENERADA PDEMANDADA∆E

∆t

SIMULACIÓNDIC ENE

día 1 día N∆t Tan pequeño como el intervalo del registro meteorológico

QE QS

∆V

Seguridad de Riego (SR): % mínimo de agua entregado al final del día.

Día de Falla: Día donde no se pudo entregar el mínimo de agua requerido (SR).

• Potencia Insuficiente

• Volumen de agua insuficiente (caso con estanque y captación subterránea)

Falla Continua (Ej: 10 días)

Falla Total (Ej: 25 días)

SIMULACIÓN

B

vi PGENERADAi

PGENERADAi

PCONSi

∆P

E. Generadai

E. Consumidai

E. No usadai

Agua Entregadai

Para todos los intervalos(i) del día

Final del Día

E. GeneradaE. ConsumidaE. No usadaAgua Entregada

EVALUACIÓN ECONÓMICA

• Evaluación considera marginalidad de los cultivos [± $/ha/año].

• Considera superficie plantada.

• Se seleccionan opciones factibles de la simulación.

• Comparación con Generador Diesel y Red Eléctrica

Definición de parámetros de entrada

CálculoFlujo de Caja

Valor ActualVANTIR

PRUEBAPLATAFORMA

Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 4Superficie [ha] 1 5 10 20Caudal Máx. [m3/hr] 3,6 18,0 36,0 72,0H [m] 20 23 26 30Potencia [KW] 0,3 1,5 3,3 8,7

CONSIDERACIONESFallas Totales: 15 días

Fallas Continuas: 8 días

Periodo de simulación: Noviembre a Febrero.

Estación empleada: Faro Carranza

Tasa descuento: 12%

Periodo de Evaluación: 15 años.

Valor del Diesel: 1000 [$/l]

Tarifa Eléctrica BT1: 172 [$/KWh]

1 5 10 20 1 5 10 20

Red Eléc-trica

5489 47014 98495 197110

Eólico -13061 -23072 -11436 96042

Diesel 1483 21063 42645 47620

En. Cons [KWh]

758 3,349 6,875 17,869

-$ 25,000

$ 25,000

$ 75,000

$ 125,000

$ 175,000

758 3,349 6,875 17,869

VAN

[x$1

.000

] Energía Consumida [KWh]

Superficie [ha]

1 5 10 200%

20%

40%

60%

80%

100%

28% 22% 21% 23%

Energía Consumida Energía Generada

Superficie [ha]

ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD

0 5 10 15 20-$ 100,000

-$ 50,000

$ 0

$ 50,000

$ 100,000

$ 150,000

$ 200,000

$ 250,000

Eólico (C)

Eólico (B)

R. Eléc. (A Base)

Diesel (A Base)

Eólico (A Base)

Superficie [ha]

VAN

x$1

.000

(B) Inversión de aerogeneradores aumenta 50%(C) Inversión de aerogeneradores disminuye 50%

Variación en inversión de aerogeneradores

(D) Ingresos aumentan 25%(E) Ingresos disminuyen 25%

Variación en Ingresos

0 5 10 15 20 25-$ 100,000

-$ 50,000

$ 0

$ 50,000

$ 100,000

$ 150,000

$ 200,000

$ 250,000

$ 300,000

$ 350,000

Eólico (D)

R. Eléc. (D)

Diesel (D)

R. Eléc. (A Base)

Diesel (A Base)

Eólico (A Base)

Superficie [ha]

VAN

x$1

.000

0 5 10 15 20 25-$ 100,000

-$ 50,000

$ 0

$ 50,000

$ 100,000

$ 150,000

$ 200,000

$ 250,000

$ 300,000

$ 350,000

Eólico E

R. Eléc. (E)

Diesel (E)

R. Eléc. (A Base)

Diesel (A Base)

Eólico (A Base)

Superficie [ha]

VAN

x$1

.000

(F) Subsidio Estatal de un 75%

Subsidio Estatal

0 5 10 15 20 25-$ 50,000

$ 0

$ 50,000

$ 100,000

$ 150,000

$ 200,000

$ 250,000Eólico (F)

R. Eléc. (A Base)

Diesel (A Base)

Eólico (A Base)

Superficie [ha]

VAN

x$1

.000

(G) Aumenta el costo de energía convencional un 50%(H) Disminuye el costo de convencional energía un 50%

Variación Costos de Energía Convencional

0 5 10 15 20 25-$ 100,000

-$ 50,000

$ 0

$ 50,000

$ 100,000

$ 150,000

$ 200,000

$ 250,000

R. Eléc. (G)

Diesel (G)

R. Eléc. (A Base)

Diesel (A Base)

Eólico (A Base)

Superficie [ha]

VAN

x$1

.000

0 5 10 15 20 25-$ 100,000

-$ 50,000

$ 0

$ 50,000

$ 100,000

$ 150,000

$ 200,000

$ 250,000

R. Eléc. (H)

Diesel (H)

R. Eléc. (A Base)

Diesel (A Base)

Eólico (A Base)

Superficie [ha]

VAN

x$1

.000

CONCLUSIONES

Mayor seguridad energética implica mayor inversión

Aerogeneradores aumentan su rentabilidad a mayor superficie plantada.

Conexión a la red eléctrica siempre es más rentable.

PRUEBA DE LA HERRAMIENTA

CONCLUSIONES

Rentabilidad del generador diesel es la más sensible a cambios económicos.

Sólo se aprovecha un 20% de la energía generada.

Mecanismos de incentivo estatales son indispensable(subsidios, beneficios tributarios)

PRUEBA DE LA HERRAMIENTA

CONCLUSIONES

En zonas extremas los aerogeneradores se hacen más atractivos.

Accesibilidad a registros meteorológicos dificulta la evaluación de proyectos.

Variabilidad temporal del viento es uno de los factores más influyentes.

GENERALES

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000POTENCIA [W]

CONCLUSIONES

Alta inversión inicial se compensa con los nulos costos de operación.

Externalidades Positivas.

GENERALES

CONCLUSIONES

Se cuenta con una plataforma de apoyo para evaluación de proyectos eólicos.

Se identificaron los mayores beneficios, dificultades, variables trascendentales y otros alcances, para futuros términos de referencia de estudios.

GENERALES

TRABAJO PROPUESTO

Agregar simulación solar

Modelo de optimización:

• Incluya diversas fuentes de energía

• Permita definir la operación de las bombas

• Maximice el uso de energía generada

• Maximice la rentabilidad del proyecto

Referencias

• INE. (2007). Censo Agropecuario. Instituto Nacional de Estadísticas, Chile.

• B. Central (2010). Base de datos estadística

?