Evaluación preliminar de la introducción de un sistema fotovoltaico (SFV) como servicio eléctrico de la CUJAE. Ing. Marcos A. Barrios Velázquez Dr. C.

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1 Evaluación preliminar de la introducción de un sistema fotovoltaico (SFV) como servicio eléctrico de la CUJAE. Ing. Marcos A. Barrios Velázquez Dr. C. Miguel Castro Fernández Dra. C. Miriam Vilaragut Llanes

2 FUNDAMENTACIÓN Disminuir el consumo de energía de la dicha Institución de la red eléctrica Mantener la vitalidad del trabajo diario de la Universidad (actividades docentes) aún en condiciones de desconexión de la red eléctrica Realizar actividades docentes demostrativas para los estudiantes de pre y postgrado de las carreras afines.

3 Sistema eléctrico interno de la CUJAE
LaCUJAE se alimenta a través de un doble circuito que toma la energía eléctrica del Sistema Electroenergético Nacional (SEN), tal y como se muestra esquemáticamente en la diapositiva. Sistema eléctrico interno de la CUJAE

4 Consumo de energía en la CUJAE. Período 2012-2016.
Los altos niveles de consumo que presenta la Universidad, del orden de los 9 MWh diarios plantea la posibilidad de analizar el uso de nuevas tecnologías que permitan disminuir este consumo, hacer menos dependiente del SEN el mismo, a la vez que permite a la CUJAE aportar su grano de arena en el cambio de la matriz energética en que está enfrascado el país. Puede observarse una tendencia a la disminución de este consumo, por un lado, como consecuencia de un grupo de medidas administrativas que se han implementado en dirección a disminuir el mismo, mientras que por otro lado, muchos equipos de climatización, laboratorios y similares han tenido que ser parados por problemas técnicos y de mantenimiento no ejecutado.

5 Tipificación de los niveles de carga en la CUJAE. Período 2012-2016.

6 Condiciones de referencia del sitio.
Estación meteorológica Aeropuerto.

7 Condiciones de referencia del sitio.
Estación meteorológica Aeropuerto.

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9 Potencial solar (kWh/m²) Normalizada (kWh/kWp/día)
Meses del año Potencial solar (kWh/m²) Normalizada (kWh/kWp/día) Especifica (kWh/kWp/año) Enero 4,73 3,75 1 350,44 Febrero 5,22 4,14 1 499,86 Marzo 5,69 4,52 1 634,91 Abril 6,22 4,93 1 787,18 Mayo 1 634,90 Junio 5,35 4,24 1 537,21 Julio 5,43 4.31 1 560,19 Agosto 5,65 4,48 1 623,41 Septiembre 5,50 4,36 1 580,31 Octubre 5,15 4,08 1 479,74 Noviembre 4,45 3,53 1 278,61 Diciembre 4,38 3,48 1 258,50 Promedio 5,29 4,19 1 518,76 PRODUC T I V DAD La radiación solar que incide en el sitio donde se ubica la CUJAE es equivalente a 5,296 kWhm, lo que permite decir que la productividad específica promedio anual calculada para un sistema de 1 kWp, trabajando en base al potencial solar referido anteriormente es de 1518,76 kWh año/kWp. Para garantizar que el SFV pueda cubrir la carga durante todos los meses del año, se debe utilizar el valor más crítico de radiación solar, es decir el mínimo de productividad específica, que se determina a partir del mes de menos radiación solar que corresponde al mes de diciembre y que para el caso bajo estudio es equivalente a 4,38 kWh/metro cuadrado. Asumiendo que este valor de radiación es el que aparece en un año completo, entonces se obtiene que la productividad promedio sea de 1 258,5kWh*año*kWp, calculada a partir de la radiación solar incidente mensual.

10 Posibles áreas analizadas para ubicar un PFV de 1 MW.
De acuerdo a las locaciones analizadas sólo aquellas tituladas como áreas B, D y E presentan un área factible de ubicar el PFV que se desea, considerando el criterio de la UNE de que se requiere 1,8 hectáreas ( m2) para poder ubicar un PFV de 1 MW de potencia, de manera preliminar, ya que es necesario realizar un estudio topográfico y de los suelos en el área seleccionada para verificar finalmente el área efectiva a utilizar para dicho PFV. Finalmente, considerando que el área D habría que hacer un movimiento de tierra mucho mayor que en las otras áreas para lograr nivelar el terreno o, al menos, lograr crear las terrazas necesarias para la ubicación de las mesas, se determinó proponer sólo las áreas B y E para la ubicación final del PFV. Posibles áreas analizadas para ubicar un PFV de 1 MW.

11 Se analizaron diferentes variantes en la red interna de la CUJAE, con y sin la presencia del SFV en las áreas seleccionadas. Power Systems Analysis Toolbox (PSAT)

12 Considerando crecimiento vegetativo 35%
RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES EN EL PSAT Considerando crecimiento vegetativo 35% Generada Carga Pérdidas P (kW) Q (kW) Sin PFV 1 317 614 1 289 570 28 44 Con. 1 MW 1 310 594 22 25 Con. 2 MW 1 319 605 30 36 Con. 1 y 2 MW 1 346 651 57 81 Con. 1 y 1,7 MW 1 328 613 39 56 Para las primeras 3 variantes se obtienen pérdidas todas menores que el 3%, sin embargo cuando se conectan los dos SFV a la vez las pérdidas aumentan hasta un 4,4%, por lo que se decide ir regulando ambos SFV y llevarlos a valores que cumplan los requisitos, lo que lleva al resultado más aproximado en la última variante, con unas pérdidas de 3% que se encuentran entre lo establecido por la OLADE. Si se analizan los resultados obtenidos, durante las mismas corridas de flujo, del estado de la tensión en los nodos de la microrred, se observara que las tensiones o aumentan o se mantienen a un mismo nivel cuando se compara con y sin presencia del SFV; esto es debido a que al instalar una nueva fuente de potencia (en un punto cercano a la carga) en un sistema radial la transferencia por la líneas disminuye así como las caídas de tensión, todo lo cual puede ser visto en la Tabla

13 Tensión en los nodos en p.u.
Es de destacar como la conexión de ambos SFV a la misma microrred influye en la potencia que cada uno pueda entregar sin afectar el sistema; si a esto se agregan las experiencias obtenidas durante el tiempo de explotación de los Parques Fotovoltaicos (PFV) de Cantarrana y Expocuba, ambos de 1 MW pero que el registro de operación no muestra una eficiencia en la potencia que entregan superior al 80%, puede decirse que en el caso de la microrred de la CUJAE pueden ser conectados 2 SFV de 1 y 2 MW, respectivamente, sin que se afecten los parámetros de funcionamiento de la red en estado estacionario, desde el punto de vista de las pérdidas.

14 Se diseña el sistema FV a través del PvSyst.
Posteriormente se realiza el análisis de los costos asociados y los beneficios desde el punto de vista ambiental. Se hace el cálculo de la generación por vida del SFV diseñado. Se valora la factibilidad del proyecto a partir de determinar el tiempo de recuperación (TIR) y el Valor Actual Neto (VAN). Con las áreas seleccionadas y utilizando el criterio de la UNE se podrían instalar 3,6 MW, pero como se demostró anteriormente solo es posible 3 MW divididos en dos PFV (de potencia 1 MW y 2 MW respectivamente). Con estos resultados se realiza el diseño de ambos PFV con ayuda del PvSyst.

15 Componente Modelo y/o cantidad
Módulos fotovoltaicos DSM 250 Inversores Sunny Central 1000MV-11 Sinvert PVS2000 US Número de módulos 12 000 Superficie módulos (m²) 6 534 Potencia nominal 1 MWp; 2 MWp Diseño elaborado a partir del PvSyst.

16 Tiempo de recuperación de la inversión:
Costo total de la instalación de los dos SFV en el campus de la CUJAE . Análisis y aporte medioambiental. Evaluación económica Combustible ahorrado 858,190 t/año Ahorro de capital 6,7 MMUSD Dióxido de carbono no emitido a la atmosfera 2 709,73 t USD Costo total de inversión. ,00 Costo de operación y mantenimiento. ,00 Costo de remplazos. ,00 Este sistema trabajaría en los horarios diurno y de tarde, y que en ese horario la generación es cubierta fundamentalmente por el crudo nacional y el fuel oil, mientras que los picos resultantes de la mañana y de la tarde son cubiertos por grupos que consumen diesel, hay que hacer una ponderación con los consumos específicos de cada uno de estos combustibles, de forma que los resultados buscados se acerquen lo más posible a la realidad. Partiendo de considerar un consumo específico del combustible diesel de 220 g/kWh y un consumo ponderado de fuel y crudo de 270 g/kWh, y que la estructura del consumo anual de combustible de la UNE en la generación eléctrica, durante el 2014, fue: crudo 54,1%; fuel 30,5%; diesel 4,2%; gas acompañante (ENERGAS) 12,2%, puede obtenerse un consumo específico de combustible, a sustituir por el SFVCR [9 Tiempo de recuperación de la inversión: 8,4 años

17 Muchas gracias