2do Trabajo Encargado Energias Alternativas-Dirigido

ENERGIAS RENOVABLES EN EL PERÚ FUENTES NO CONVENCIONALES DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA

E ner ner g i as R enova novables les en en el Perú

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

Segundo Trabajo Encargado:

Energías Renovables en el Perú PRESENTADO POR:

JANCO APAZA ERICK YORDAN CÓDIGO: 105699 DOCENTE:

M.sc. Carlos A. Verano Galindo PUNO – PUNO – PERÚ PERÚ 2017

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Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica


INDICE ........................................................................................................................................ ................................................................... 2 INDICE ..................................................................... ...................................................................................................................... 4 INTRODUCCION .......................................................................................................................

1.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA ............................................................ 5 1.2.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA .................................................... 6

1.3.

SISTEMAS DE DIGESTIÓN ANAERÓBICA ........................................................ 8

1.3.1.

............................................................................................................. ............................................ 8 Definición .................................................................

1.3.2.

............................................................................................. 9 Proceso Productivo ..............................................................................................

1.3.3.

Alimentación: Pretratamiento y depósito ......................................................... 9

1.3.4.

Proceso biológico ............................................................................................... 10

1.3.5.

Factores que regulan el proceso ....................................................................... 12

1.3.6.

............................................................................... .................... 13 Variantes de la Tecnología ...........................................................

1.3.7.

Productos/Subproductos Productos/Subproductos obtenidos ................................................................. 13

1.3.8.

........................................................................ 14 Idoneidad de los subproductos .........................................................................

1.3.9.

................................................................................ .................... 16 Ventajas e Inconvenientes ............................................................

1.3.10.

Clasificación de los bioreactores o biodigestores anaeróbicos ...................... 17

1.4.

.................................................................................... 25 LOS BIOCOMBUSTIBLES .....................................................................................

1.4.3.

............................................................... 30 Aplicaciones de los Biocombustibles ................................................................

1.4.4.

Demanda Actual ................................................................................................ 30

1.5.

....................................................................................... 34 Situación Nacional y casos ........................................................................................

1.5.1. 2.

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ............................................................................ 43 2.1.

............................................................................................................... 43 Definiciones ................................................................................................................

2.2.

Esquema de funcionamiento de una Central Hidroeléctrica ................................ 43

2.3.

Elementos de una Central Hidroeléctrica ............................................................... 44

2.4.

Clasificación de Centrales Hidroeléctricas ............................................................. 45

2.4.1.

....................................................................................................... 45 Definiciones ........................................................................................................

2.4.2.

...................................................................................................... 46 Clasificación .......................................................................................................

2.5.

Participación en el Balance Nacional De Energía .................................................. 50

2.5.1.

Generación ......................................................................................................... 51

2.5.2.

........................................................................................... 53 Balance de Energía ............................................................................................

2.5.3.

Producción y Participación de Empresas de Generación Eléctrica .............. 57

2.6. 3.

Situación general de los biocombustibles en el Perú ...................................... 35

................................................................................................ 63 Cuadros Estadísticos .................................................................................................

............................................................................................. ............................... 71 MICRO HIDROENERGÍA .............................................................. 2


E nergias R enovables en el Perú

4.

3.1.

Generalidades de las Centrales Hidroeléctricas ..................................................... 71

3.2.

Parámetros y Cálculos de una micro Central Hidroeléctrica ............................... 73

3.3.

Instalaciones en el Perú ............................................................................................. 78

ENERGIA GEOTERMIA ................................................................................................ 80 4.1.

Clasificación ............................................................................................................... 80

4.2.

Escenarios de generación geotermoeléctrica y usos directos ................................. 83

4.3.

Generación geotermoeléctrica mundial................................................................... 85

4.4.

Situación Nacional ..................................................................................................... 85

4.4.1. 5.

CELDAS DE COMBUSTIBLE ....................................................................................... 90 5.1.

Definición ................................................................................................................... 90

5.2.

Constitución de una Celda de Combustible ............................................................ 91

5.3.

Aplicaciones de las Celdas de Combustible ............................................................ 94

5.3.1.

Portátiles ............................................................................................................ 94

5.3.2.

Estacionarias ...................................................................................................... 95

5.3.3.

Aplicaciones al transporte ................................................................................ 96

5.4. 6.

Listado de todos los proyectos .......................................................................... 87

Situación Nacional de las Celdas de combustible ................................................... 96

LA ENERGIZACIÓN RURAL ..................................................................................... 101 6.1.

Acceso universal a la energía sostenible ................................................................ 102

6.2.

Problemática y estado de la situación .................................................................... 102

6.3.

Propuesta para alcanzar el acceso universal a la energía en el Perú .................. 103

6.3.1. 6.4.

Evolución y comportamiento de la Electrificación Rural ............................ 104

Desarrollo de Proyectos de Electrificación Rural ................................................ 106

6.4.1. Capacidades actuales y potenciales para la utilización de energías renovables ........................................................................................................................ 107 6.4.2.

Experiencias Nacionales En Electrificación Rural ....................................... 110

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................... 117

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INTRODUCCION En la última década, el Sector Energía peruano ha registrado un importante crecimiento debido al incremento de la demanda interna ligada al desarrollo económico de productos y servicios de calidad a precios que reflejaron las condiciones óptimas de un mercado competitivo en las actividades petroleras, y a tarifas resultantes de subastas en el mercado de producción de gas natural y generación eléctrica. En esta década, se ha perfeccionado los mecanismos de regulación para aquellas actividades monopólicas, tal es el caso de los servicios de transporte y distribución de energía. En esta década, de auge económico para nuestro país, se contó con el soporte de un suministro de energía seguro. Esto se debe principalmente al gas natural, que permitió atender la demanda adicional, así como iniciar la exportación de este recurso en cantidades equivalentes al consumo interno. La oferta de las demás fuentes de energía registró un leve descenso, como en el caso de la producción de petróleo crudo. Esta situación trajo como consecuencia el incremento de su importación; además, se produjo un crecimiento limitado para las fuentes hidroeléctricas. En esta década, se ha diversificado las fuentes de producción del mercado energético esencialmente con el gas natural, recurso con precios competitivos y bajo nivel de emisiones, siguiendo las tendencias del planeta. El aprovechamiento de las fuentes de energía renovable por el hombre es muy antiguo. Desde muchos siglos antes de nuestra era, energías renovables como la solar, eólica e hidráulica fueron aprovechadas por el hombre en sus actividades domésticas, agrícolas, artesanales y comerciales. Esta situación prevaleció hasta la llegada de la primera revolución industrial del siglo XVIII, cuando las energías renovables debieron ceder su lugar a los recursos fósiles como el petróleo y el carbón que en ese momento se ofrecían como fuentes energéticas abundantes y baratas. La revolución industrial desencadenó también los cambios sociales y económicos que dieron lugar al posterior desarrollo la gran industria hidroeléctrica considerada hoy como fuente energética renovable convencional. En el ámbito nacional, hasta el año 2002, la electricidad generada con centrales hidroeléctricas representó el 85 % del total de energía generada en el país. Con la llegada del Gas de Camisea la participación de las hidroeléctricas disminuyó hasta llegar al 61 % en el año 2008, por lo que el desarrollo energético del Perú, desde tiempo atrás, ha contribuido a la reducción del efecto invernadero que hoy agobia al planeta. Es decir, debe destacarse que el Perú ha sido tradicionalmente un país cuya generación eléctrica se ha sustentado en la hidroelectricidad, una fuente de energía renovable. En la actualidad, cuando la disponibilidad de recursos fósiles juega un rol determinante en el suministro energético global y nacional, y cuando los factores medio ambientales aparecen entre las preocupaciones principales de la sociedad contemporánea, las Energías Renovables resurgen con éxito creciente en todas las latitudes del planeta, alentadas por los apremios del suministro energético y la presencia de marcos normativos favorables.

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E nergias R enovables en el Perú 1. LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA 1.1. INTRODUCCIÓN

La carestía de los combustibles fósiles, la preocupación por su agotamiento, la protección ambiental (CO2 principalmente) y la dependencia energética de países con escasos recursos energéticos convencionales impulsan el desarrollo de las energías renovables. Según la Agencia Internacional de la Energía, la energía renovable es la que deriva de procesos naturales que se reponen constantemente, es decir, la que se obtiene de las continuas corrientes de energía recurrentes en el entorno natural. El sol es el origen de la mayoría de las fuentes de energía renovable que están disponibles con abundancia y variedad para que la humanidad pueda utilizarlas. En nuestro planeta incide una cantidad de energía solar que es, aproximadamente, cuatro órdenes de magnitud mayor que nuestra actual tasa de uso de combustibles fósiles y nucleares. La radiación solar puede emplearse directamente para proporcionar calefacción, alumbrado y agua caliente en edificios; y para generar electricidad. El sol también mueve los sistemas climáticos mundiales y es por tanto la fuente indirecta de la energía hidráulica, eólica y mareomotriz. Como la fotosíntesis es un proceso que utiliza la energía solar para transformar dióxido de carbono y agua en carbohidratos, es la fuente subyacente de los biocombustibles en sus distintas formas. Las plantas transforman la energía luminosa en energía química y retienen el dióxido de carbono para formar la biomasa. Toda la alimentación de las especies animales depende de un modo o de otro de esta biomasa. Además, puede utilizarse directamente como materia orgánica en el tratamiento de suelos (por ejemplo, el uso de estiércol o de coberturas vegetales). La madera, residuos agrícolas y estiércol continúan siendo la fuente principal de energía y, en parte, de materias primas para muchas actividades en países poco industrializados. Sin embargo, en los países industrializados el petróleo y otros combustibles fósiles no sólo constituyen la principal fuente energética, sino que también son los sustratos casi exclusivos de la industria química. Por ello, la biomasa, como base material de dicha industria, es también una alternativa potencial a los combustibles fósiles. Probablemente la viabilidad práctica de los combustibles derivados de la biomasa depende en gran medida de esta segunda aplicación. Idealmente las futuras biorrefinerías deberán abordar el procesamiento integrado de la biomasa para atender ambos usos, la obtención de combustibles y la de productos básicos para la industria química. Tanto la propia biomasa como el bioetanol y el biodiesel obtenidos mediante su transformación tienen la ventaja de que pueden emplearse sin necesidad de introducir grandes modificaciones en los sistemas energéticos implantados para productos derivados de los combustibles fósiles. La biomasa puede usarse en lugar de carbón mineral en diversos tipos de instalaciones térmicas, paliando así el impacto ambiental de este combustible fósil. Lo mismo ocurre con el etanol y el biodisel que pueden sustituir a gasolinas y gasóleos derivados del petróleo en distintos tipos de motores. Actualmente la biomasa proporciona una fuente de energía, adicional a la de combustibles fósiles y a las otras fuentes disponibles, para obtener calor, electricidad y carburantes empleados en el sector transporte. Al quemar una planta se devuelve a la atmósfera el CO2 que había fijado previamente y por ello, este proceso no da lugar, a diferencia de lo que ocurre con un combustible fósil, 5


E nergias R enovables en el Perú a un aumento de este gas de efecto invernadero. Pero en la obtención de energía a partir de biomasa tienen lugar bastantes más procesos que pueden invalidar esta afirmación. Si la biomasa se quema después de cortarla con una herramienta a motor, recolectarla y transportarla en un tractor que funcione con energía fósil, acondicionarla y compactarla (astillas, pelets o briquetas) en una instalación industrial, distribuirla a gran distancia, habrá que tener en consideración las emisiones de CO2 del tractor, del funcionamiento de la maquinaria de la instalación y del transporte, por lo que la operación energética real ya no merecerá, en parte o en absoluto, el adjetivo de renovable. En algunos casos, la operación puede ocasionar una emisión de CO2 superior a la que resultaría de consumir energía fósil y en otros, podría ocurrir que la aportación de energía para su obtención sea mayor que la obtenida en el lugar de destino a partir del producto derivado de la biomasa.

1.2. LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA Con el nombre de biomasa se designa a un conjunto heterogéneo de materias orgánicas, tanto por su origen como por su naturaleza y composición, que puede emplearse para obtener energía. Esta fuente energética se basa en la utilización de la materia orgánica formada por vía biológica en un pasado inmediato o en los productos derivados de esta. En consecuencia, también tiene consideración de biomasa la materia orgánica de las aguas residuales, los lodos de depuradora y la fracción orgánica biodegradable de los residuos sólidos urbanos, aunque dadas las características específicas de estos residuos se suelen considerar como un grupo aparte. La biomasa como materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, tiene carácter de energía renovable porque su contenido energético procede en última instancia de la energía solar fijada por los vegetales en el proceso fotosintético. Al romper los enlaces de los compuestos orgánicos, por combustión directa de biomasa o por combustión de productos obtenidos de ella mediante transformaciones físicas o químicas, para dar dióxido de carbono y agua como productos finales, se libera energía. La biomasa puede proporcionar energía mediante su transformación en materiales sólidos, líquidos y gaseosos. Los productos procedentes de la biomasa que se utilizan para fines energéticos se denominan, en general, biocombustibles y específicamente, a todos aquellos, generalmente sólidos y gases, que se aplican con fines térmicos y eléctricos. El nombre de biocarburantes se reserva para los productos, normalmente líquidos, que proceden de la biomasa y se destinan a la automoción. Este tipo de productos tienen una importancia especial debido al gran consumo de carburantes derivados del petróleo para el transporte. Los actuales motores, Diesel y Otto, requieren combustibles líquidos cuyo comportamiento sea similar al del gasóleo y al de la gasolina. Se utilizan diferentes criterios para clasificar los biocombustibles que pueden obtenerse a partir de la biomasa. Considerando el proceso de transformación de la biomasa en biocombustible, existen varias opciones como las que se comentan en los siguientes ejemplos. Únicamente transformaciones físicas antes de la combustión, caso de la madera, de la paja o de residuos procedentes de otras actividades que emplean biomasa (poda de árboles, restos de carpintería, etc.). Fermentación anaeróbica de una mezcla de azúcares y agua para obtener una mezcla de alcohol y agua con emisión de dióxido de carbono. Esta mezcla se destila para eliminar el agua y obtener el alcohol con la concentración de agua que exige su empleo como carburante. Transesterificación de los triglicéridos procedentes de aceites vegetales y grasas animales con metanol para obtener una mezcla de ésteres, previa separación de la glicerina, cuyo comportamiento como carburante es similar al diesel procedente del petróleo. Metanización de residuos orgánicos para obtener biogás y un sólido que puede utilizarse como abono de los suelos. 6


E nergias R enovables en el Perú Otro criterio clasifica los biocarburantes en generaciones lo que permite incluir en cada una de ellas varios elementos para establecer diferencias entre los distintos productos. Los biocarburantes de primera generación utilizan materias primas de uso alimentario (caña de azúcar, maíz, soja, girasol) y fermentación (para obtener etanol) o transesterificación (para biodisel) como tecnologías de proceso. Los de segunda generación utilizan materias primas de tipo herbáceo o leñoso (celulosa) en el caso de etanol y semillas oleaginosas no comestibles (jatrofa, cardo), algas y aceites usados para biodiesel, que se diferencian de la primera generación porque esta biomasa no tiene usos en alimentación. Los procesos empleados son la fermentación, la transesterificación, ambos adaptados a las nuevas materias primas, y métodos termoquímicos para la obtención de biocombustibles sintéticos líquidos. A los carburantes obtenidos a partir de cultivos bioenergéticos, cultivos específicamente diseñados o “adaptados” (técnicas de biología molecular) para mejorar la conversión de biomasa (p.e. árboles de menor contenido en lignina) en biocarburantes, se les denomina de tercera generación. Cuando a estos objetivos se suma la capacidad, tanto de la materia prima como del proceso de transformación, de mejorar la captura y almacenamiento de dióxido de carbono, se considera que los carburantes son de cuarta generación. Ante la crisis de la energía fósil — carestía del petróleo, vulnerabilidad del suministro de estas materias primas o amenazas del calentamiento global, el empleo de la biomasa como fuente de energía aporta una serie de posibles ventajas como el balance positivo CO2 y de energía, la utilidad de suelos anteriormente no productivos, la creación de empleo rural o las mejoras en la balanza de pagos de los países deficitarios en energía. Cuando las emisiones de CO2 (y las de otros gases de efecto invernadero) producidas como consecuencia del empleo de los biocombustibles con fines energéticos equivalen al carbono que previamente habían absorbido en el proceso de fotosíntesis, se igualan la retención y la liberación de dióxido de carbono equivalente. El uso de biomasa o de sus derivados puede considerarse neutro en términos de emisiones sólo si se emplea en cantidades a lo sumo iguales a la producción neta de biomasa del ecosistema que se explota. Tal es el caso de los usos tradicionales (uso de los restos de poda como leña, cocinas, calefacción, etc.) si no se supera la capacidad de carga del territorio. En los procesos industriales, puesto que resulta inevitable el empleo de otras fuentes de energía (en la construcción de la maquinaria, en el transporte de materiales, en el empleo de maquinaria agrícola durante el cultivo de materia prima, en la fabricación de fertilizantes y pesticidas, en las operaciones necesarias para las transformaciones, etc.), hay que contabilizar las emisiones producidas por cada una de ellas. Además, puede producirse la emisión de otros gases de efecto invernadero como óxido nitroso o metano, en cuyo caso hay que incluir su contribución como CO2 equivale a las emisiones de este gas. El balance neto de energía (BNE) de los biocombustibles, relación entre el contenido energético del producto y energía gastada en su producción, es muy variable e inferior al de los combustibles fósiles (valores de 50). Mientras que esta relación es elevada cuando se obtiene energía directamente de la biomasa (valores superiores a 10), disminuye significativamente cuando se trata de biodiesel (valores próximos a y bioalcohol. Todos estos valores son orientativos porque dependen de la materia prima y de la tecnología empleada. Por ejemplo, el bioalcohol puede tener valores de 1,5 si procede de maíz, de 12 si se obtiene de caña de azúcar y superiores si procede de los azucares fermentables liberados de la pared celular. 7


E nergias R enovables en el Perú El análisis de emisiones de CO2 y del balance energético de los biocombustibles puede ampliarse a otros efectos ambientales como el impacto sobre la biodiversidad, el funcionamiento hidrológico o la protección del suelo. Debido a las dificultades e incertidumbres de estos estudios, existe una gran disparidad de conclusiones sobre el comportamiento ambiental de la biomasa. Las siguientes referencias (Fargione, 2008 y Searchienger, 2008) muestran resultados del balance energético y de los efectos ambientales del aprovechamiento de distintos tipos de biomasa. La biomasa natural, leña procedente de árboles crecidos espontáneamente en tierras no cultivadas, ha sido utilizada tradicionalmente por el hombre para calentarse y cocinar. Sin embargo, este tipo de biomasa no es la más adecuada para su aprovechamiento energético masivo ya que es una reserva de valor incalculable para la humanidad. Al ser esta biomasa natural la base del consumo energético de muchos pueblos en vías de desarrollo, se produce un aumento de la presión sobre los ecosistemas naturales, llegando, al aumentar su población y demanda de energía, a un sobreconsumo que puede ocasionar situaciones de desertización. En su lugar se pueden aprovechar, manteniendo el equilibrio y la estabilidad de los ecosistemas, los residuos de las partes muertas o los restos de podas y aclareos evitando, además, posibles incendios de las masas forestales. Cualquier proceso que utilice biomasa para obtener productos destinados al consumo generara biomasa residual. Las explotaciones agrícolas, forestales o ganaderas, industrias de productos vegetales y núcleos urbanos son generadores de biomasa residual. Su utilización es atractiva pero limitada; en general, en el tratamiento de estos materiales es más importante el efecto ambiental que implica su gestión que su valorización energética. A pesar de ello, las instalaciones que aprovechan la energía de sus propios residuos tales como granjas, industrias papeleras, serrerías o depuradoras urbanas, pueden ser energéticamente autosuficientes. Los cultivos energéticos, realizados con la finalidad de producir biomasa en lugar de producir alimentos (como ha sido la actividad tradicional de la agricultura) son una realidad en países como Brasil y Estados Unidos. Brasil orienta la producción de caña de azúcar hacia la obtención de bioetanol mientras que Estados Unidos cumple el mismo objetivo con el maíz. En Europa, el etanol procedente de remolacha o de cereales y los ésteres derivados de aceites de colza o de girasol constituyen los biocarburantes de mayor desarrollo. El excedente de tierras de cultivo hace atractiva una actividad agraria, adicional a la que tradicionalmente se destina a fines alimentarios, dedicada a la producción de energía. Los cultivos más prometedores a corto plazo son los de mayor productividad de biomasa lignocelulósica, eucaliptos, acacias, chopos, ciertas variedades de cardos, etc. También los excedentes de algunos productos agrícolas se destinan a su transformación en biocarburantes, aunque sólo por razones sociales o estratégicas o por el elevado precio de los carburantes, es rentable su empleo con fines energéticos. A pesar de la gran variedad de materias primas que pueden emplearse para fabricar estos carburantes, la tecnología actual sólo los obtiene a partir de productos vegetales que también se utilizan en alimentación. Esta peculiaridad hace que la comercialización de los biocarburantes participe en dos mercados, cada uno de ellos suficientemente complejo, el agrícola y el energético.

1.3. SISTEMAS DE DIGESTIÓN ANAERÓBICA 1.3.1. Definición 8


E nergias R enovables en el Perú La digestión anaeróbica consiste en la descomposición de material biodegradable en ausencia de oxígeno para dar como resultado dos productos principales: biogás (compuesto mayoritariamente por metano) y el lodo estabilizado, conocido como digerido. Esta tecnología utiliza reactores (digestores) cerrados donde se controlan los parámetros para favorecer el proceso de fermentación anaeróbica, un proceso muy conocido ya que también se produce de un modo natural y espontáneo en diversos ámbitos, como por ejemplo en pantanos, en yacimientos subterráneos o incluso en el estómago de los animales.

1.3.2. Proceso Productivo El proceso para la producción de biogás se detalla en la Figura 1, en ella se pueden ver las distintas etapas que tienen lugar en una planta de digestión anaerobia: pretratamiento y depósito para la alimentación; digestor donde tiene lugar el proceso biológico; gasómetro para recoger el biogás producido y otro depósito para el digerido

(efluente).

Figura 1. Esquema de funcionamiento del proceso de biogás

1.3.3. Alimentación: Pretratamiento y depósito La alimentación del proceso se lleva a cabo con las únicas premisas de que ésta contenga material fermentable, tenga características adecuadas para el correcto funcionamiento de la planta según su diseño industrial, y tenga una composición y concentración relativamente estable. Además, al tratarse de un proceso biológico, se requiere asegurar una alimentación constante que no altere el metabolismo de los microorganismos implicados, y que por lo tanto no pueda afectar el rendimiento de la planta. Mediante el pretratamiento de la alimentación, adecuando el tamaño de partícula, facilitando la hidrólisis o suministrando material o mezclas de materiales potencialmente productores de biogás, y depósitos de almacenamiento se inicia el proceso y se evita problemas posteriores. La co‐digestión mediante el uso de co‐sustratos es una variante tecnológica que puede solucionar problemas o carencias de un material, si son compensadas por las características de otro. En este proceso de co‐digestión se combinan varias mezclas de 9


E nergias R enovables en el Perú sustratos orgánicos biodegradables, logrando aumentar el potencial de producción de biogás por kilogramo de mezcla degradado (García Amado, K., 2009). Existen subproductos biodegradables, de diferentes orígenes, que tienen un bajo contenido de materia orgánica; en estos casos, la co‐digestión se presenta como una metodología exitosa a escala mundial.

1.3.4. Proceso biológico La digestión anaerobia es un proceso muy complejo tanto por el número de reacciones bioquímicas que tienen lugar, como por la cantidad de grupo de bacterias involucradas en ellas. De hecho, muchas de estas reacciones ocurren de forma simultánea. El proceso de degradación de la materia orgánica se divide en cuatro etapas: a) b) c) d)

Hidrólisis. Etapa fermentativa o acidogénica. Etapa acetogénica. Etapa metanogénica.

a) Etapa de hidrólisis La hidrólisis consiste en una transformación controlada por enzimas extracelulares en la que las moléculas orgánicas complejas y no disueltas se rompen en compuestos susceptibles de emplearse como fuente de materia y energía para las células de los microorganismos.

b) Etapa acidogénica La segunda etapa, controlada por bacterias, consiste en la transformación de los compuestos formados en la primera etapa en otros compuestos de peso molecular intermedio; como dióxido de carbono, hidrógeno, ácidos y alcoholes alifáticos, metilamina, amoniaco y sulfhídrico. Esta etapa se denomina acidogénesis.

c) Etapa acetogénica En la etapa de acetogénesis, los ácidos y alcoholes que provienen de la acidogénesis se van transformando por la acción de bacterias en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono.

d) Etapa metanogénica La metanogénesis, última etapa, consiste en la transformación bacteriana del ácido acético y del ácido fórmico en dióxido de carbono y metano y la formación de metano a partir de dióxido de carbono e hidrógeno. CH3OOH CH4 + O2 CO2 + H2 CH4 + H2O 10



Las bacterias responsables de este proceso son anaeróbicas estrictas. Se distinguen dos tipos de microorganismos, los que degradan el ácido acético a metano y dióxido de carbono (bacterias metanogénicas acetoclásticas) y los que reducen el dióxido de carbono con hidrógeno a metano y agua (bacterias metanogénicas hidrogenófilas). En la Figura 2 se muestra esquemáticamente las distintas fases del proceso de digestión anaerobia, así como los productos intermedios generados.

Figura 2. Esquema de reacciones de digestión anaerobia. (Fuente: Adaptado de Pavlostathis, S.G., Giraldo‐Gómez, E. 1991) La principal vía de producción de metano es la correspondiente a la transformación del ácido acético, con alrededor del 70% del metano producido. Este es un proceso lento y constituye la etapa limitante del proceso de degradación anaeróbica. Como se observa, el metano no es el único gas que se produce en la degradación de la materia orgánica en condiciones anaerobias, se trata de una mezcla de gases conocida como biogás. Está compuesto por un 60% de metano (CH4), un 38% de dióxido de carbono (CO2) aproximadamente y trazas de otros gases (Tabla 1). La composición o riqueza del biogás depende del sustrato digerido y del funcionamiento del proceso.

Tabla 1. Composición del biogás. Compuesto Metano (CH4) (%) Dióxido de Carbono (CO2) (%) Hidrogeno (H2) (%) Nitrógeno (N2) (%) Oxigeno (O2) (%) Ácido Sulfhídrico (H2S) (ppm)

Concentración 50 ‐ 70 30 ‐ 50 1‐ 10 <3 < 0.1 0 – 8000 11



1.3.5. Factores que regulan el proceso Para que pueda desarrollarse el proceso se debe mantener unas condiciones ambientales y operacionales adecuadas, para ello se controlan diversos parámetros ambientales: 

pH y alcalinidad: el pH debe mantenerse próximo a la neutralidad, pudiendo tener fluctuaciones entre 6,5 y 7,5. Su valor en el digestor no solo determina la producción de biogás sino también su composición. La alcalinidad es una medida de la capacidad tampón del medio. Puede ser proporcionada por un amplio rango de sustancias, siendo por tanto una medida inespecífica. En el rango de pH de 6 a 8, el principal equilibrio químico que controla la alcalinidad es el dióxido de carbono‐ bicarbonato. La relación de alcalinidad se define como la relación entre la alcalinidad debida a los ácidos grasos volátiles (AGV) y la debida al bicarbonato (alcalinidad), recomendándose no sobrepasar un valor de 0,3 ‐0,4 para evitar la acidificación del reactor.

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Potencial redox: con valores recomendables inferiores a ‐350 mV. Nutrientes: con valores que aseguren el crecimiento de los microorganismos. Una de las ventajas inherentes al proceso de digestión anaerobia es su baja necesidad de nutrientes como consecuencia de su pequeña velocidad de crecimiento. El carbono y el nitrógeno son las fuentes principales de alimento de las bacterias formadoras de metano. Por tanto, la relación Carbono/Nitrógeno (C/N) tiene una gran importancia para el proceso fermentativo recomendándose un ratio 20‐30 como el óptimo. Tóxicos e inhibidores: las sustancias inhibidoras son compuestos que bien están presentes en el residuo antes de su digestión o bien se forman durante el proceso fermentativo anaerobio. Estas sustancias reducen el rendimiento de la digestión e incluso pueden llegar a causar la desestabilización completa del proceso. A determinados niveles los AGV generan serios problemas de inhibición sobre todo en combinación con niveles bajos de pH. Otros problemas de inhibición son los causados por el amonio, el ácido sulfhídrico, o los ácidos grasos de cadena larga. Los pesticidas, desinfectantes o antibióticos presentes en algunos subproductos también pueden llegar a afectar el proceso según su concentración. Y parámetros operacionales que hacen referencia a las condiciones de trabajo de los digestores:

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Temperatura: A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de crecimiento de los microorganismos y se acelera el proceso de digestión dando lugar a mayores producciones de biogás. La temperatura de operación en el digestor, está considerada uno de los principales parámetros de diseño, ya que variaciones bruscas de temperatura en el mismo, pueden provocar desestabilización en el proceso.

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E nergias R enovables en el Perú Se distinguen dos rangos fundamentalmente, el rango mesófilo (entre 25 y 45ºC) y termófilo (entre 45 y 65ºC). El rango mesófilo es el más utilizado a pesar de que cada vez más se está utilizando también el termófilo para conseguir una mayor velocidad del proceso y una mejor eliminación de organismos patógenos. Sin embargo, el rango termófilo suele ser más inestable a cualquier cambio en las condiciones de operación y presenta además mayores problemas de inhibición del proceso por la sensibilidad a algunos compuestos, como el amoniaco.

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Agitación: En función de la tipología de reactor debe transferirse al sistema el nivel de energía necesario para favorecer la transferencia de sustrato a cada población de bacterias, siendo necesaria un equilibrio entre la buena homogeneización y la correcta formación de agregados bacterianos. Tiempo de Retención Hidráulico (TRH): es el cociente entre el volumen del digestor y el caudal de alimentación, es decir, el tiempo medio de permanencia del influente en el reactor, sometido a la acción de los microorganismos, para alcanzar los niveles de energía y/o reducción de la carga contaminante que se hayan prefijado.

Carga Orgánica Volumétrica (COV): es la cantidad de materia orgánica introducida diariamente en el digestor, expresada normalmente en sólidos volátiles, por unidad de volumen y tiempo.

1.3.6. Variantes de la Tecnología Se han desarrollado diversas “tecnologías” para el proceso de digestión anaerobia con el fin de incrementar la carga microbiana en el digestor y conseguir reducir los tiempos de retención hidráulica e incrementar la carga de materia orgánica en el influente a digerir. Se puede hablar de digestores discontinuos y continuos (de mezcla completa o de flujo pistón). Los digestores de mezcla completa son los más conocidos en el tratamiento de subproductos semisólidos, pero tienen el inconveniente de que no permiten una alta concentración de bacterias en su interior y, por tanto, la producción de biogás por unidad de volumen del digestor es reducida. También existe una nueva generación de digestores que pretende incrementar el rendimiento de producción de biogás por volumen de digestor y que evitan problemas de colmatación o arrastre de biomasa o la formación de caminos preferenciales y, entre ellos se encuentran los de: ‐ ‐ ‐

Filtro anaerobio Película fija Lecho fluidizado, etc.

1.3.7. Productos/Subproductos obtenidos

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E nergias R enovables en el Perú El biogás es el principal producto obtenido en el proceso, pero como ya se ha comentado también se genera el denominado digerido, que se puede decir que es la mezcla del residuo orgánico ya digerido y la biomasa microbiana producida. En la actualidad, las aplicaciones más comunes del biogás son la combustión directa para la producción de calor y la generación de energía eléctrica ya que puede ser utilizado en una variedad de equipos comerciales: motores de combustión interna, estufas, etc. No obstante, existe un interés creciente por otras alternativas como son su aplicación como combustible de automoción y su integración en la red de gas natural. El biogás debe ser refinado previamente en cualquiera de sus aplicaciones energéticas. En este sentido, las operaciones de depuración varían en función del uso del biogás; los requerimientos de calidad son mayores cuando se utiliza como combustible de automoción, se inyecta en las líneas de distribución del gas natural o se utilizan en pilas de combustible. La purificación del biogás incluye la eliminación de CO2, SH2, NH3, agua y partículas sólidas. Por otro lado a partir del digerido también se podría fabricar fertilizantes de acuerdo al esquema que mostramos en la Figura 2, cerrando, así, el ciclo de crecimiento de las plantas, que son las fuentes o materias primas de otras actividades agrícolas e industriales donde se producen los materiales orgánicos desechados que sirven de alimentación al proceso de digestión anaerobia.

Figura 3. Esquema de utilización de los fertilizantes procedentes de la digestión anaerobia en las plantas

1.3.8. Idoneidad de los subproductos Los subproductos generados por el sector de transformados vegetales se pueden incluir dentro del grupo general de subproductos agroindustriales, materiales que han sido 14


E nergias R enovables en el Perú evaluados ya por el Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino para la obtención de biogás. Estos subproductos deben reunir las principales características técnicas para su valorización en cuanto a: ‐ ‐ ‐ ‐

Contenido en sólidos totales (ST) y humedad Biodegradabilidad Balance C/N Contenido o presencia de sustancias inhibidoras

Como se ha comentado anteriormente, los subproductos que se estudian contienen un elevado porcentaje en agua y esta agua no produce biogás, pero al tratarse la digestión de un proceso biológico resulta imprescindible para su adecuado desarrollo. Además, la digestión de subproductos agroindustriales se realiza habitualmente por debajo del 15% de ST (vía húmeda). Las únicas consideraciones para el uso de estos subproductos son la forma de alimentación al digestor, los mecanismos de agitación o los de eliminación de sedimentos, que deben ser diseñados adecuadamente. Por otro lado, el contenido en materia orgánica o sólidos volátiles (SV) de estos subproductos suele variar entre el 70% y el 95 % y su contenido en proteínas, azúcares, celulosa, grasas, etc. presenta una buena biodegradabilidad anaeróbica, todo ello los hace interesantes para su digestión. El balance de carbono y nitrógeno, como ya se ha comentado anteriormente, se recomienda entre 20‐30 y la variedad de subproductos procedente de hortalizas y frutas puede aportar ese balance de manera suficiente y en caso de no alcanzarlo o sobrepasarlo se puede jugar con las cantidades de materiales en la mezcla de subproductos. Además, en el sector agroalimentario, donde se incluyen los transformados vegetales, se puede encontrar otros subproductos orgánicos que ajusten el balance C/N. Finalmente, ya se ha comentado que los subproductos en estudio están normalmente libres de compuestos tóxicos que puedan inhibir el proceso, pero sí se tiene que llevar un control de parámetros tales como los AGV´s ya que su concentración se puede incrementar por una rápida degradación de las moléculas y aparezcan, así, problemas de acidificación. Por otro lado, cada subproducto o residuo orgánico tiene asociado un potencial máximo de producción de biogás y el de los restos vegetales es elevado, pero a escala industrial los tiempos de retención se ajustan para aprovechar los picos de producción de biogás y esto se consigue ajustando mezclas de alimentación. De todo lo expuesto anteriormente se puede decir que es idónea la utilización de los subproductos del sector de transformados vegetales para digestión anaerobia teniendo en cuenta la necesidad de llevar a cabo mezclas adecuadas y el control de los parámetros de funcionamiento. A pesar de ello, actualmente no se encuentran numerosas plantas de digestión para estos subproductos y sí existen numerosas referencias para otros subproductos agroindustriales, como es el caso destacable de digestores para cultivos energéticos en Alemania o, el de digestores para deyecciones ganaderas que se están implantando en España.

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1.3.9. Ventajas e Inconvenientes a) Ventajas El biogás, con un alto poder calorífico, puede ser utilizado en la propia instalación para generación de electricidad y/o calor (co‐generación); con el consiguiente beneficio económico. El biogás es un biocombustible (energía renovable): o Cumplimiento de los objetivos del protocolo de Kyoto, objetivos europeos de producción de energía renovable o Posibilidad de subvenciones a innovación y demostración en aplicaciones concretas. o Posibilidad de subvenciones e incentivos para la inversión en instalaciones de biometanización La materia orgánica resultante final (digerido) está bastante estabilizada. Los digestores trabajan dentro de un rango de humedad que se acerca al de la mayoría de materiales orgánicos aptos para su biodegradación. Se puede trabajar conjuntamente con varios subproductos. Reducción de la cantidad de subproductos a gestionar. Reduce los problemas de olores. Sistemas conocidos, simples y fáciles de gestionar. Reducción del consumo de combustibles fósiles. Reducción de la emisión de metano evitando el deterioro de la capa de ozono. 

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Los beneficios de la codigestión son:

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Aprovechar la complementariedad de las composiciones de cada uno de los sustratos para mejorar el proceso y por tanto generar mayor producción de biogás, se puede mejorar la relación C/N. Compartir instalaciones de tratamiento. Unificar metodologías de gestión. Amortiguar las variaciones temporales en composición y producción de cada residuo por separado. Reducir costes de inversión y de explotación. La mezcla de ambos tipos de subproductos da lugar a procesos más estables y con un incremento considerable de la producción de biogás. Permite integrar la valorización de los subproductos orgánicos de una zona geográfica determinada.

b) Inconvenientes Difícil mantener la estabilidad del proceso. Es muy sensible a tóxicos inhibidores. La puesta a punto del sistema requiere largos periodos. En muchos casos, se requiere grandes capacidades de tratamiento para un mejor control del proceso y su buen funcionamiento. El volumen del digestor puede ser grande. Requiere de una inversión inicial elevada en obra civil e implantación de los equipos.    

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1.3.10. Clasificación de los bioreactores o biodigestores anaeróbicos Los digestores anaeróbicos pueden clasificarse como de baja velocidad o de alta velocidad, tal como se muestra en la Figura 4. Los reactores anaeróbicos de baja velocidad no se encuentran mezclados. Condiciones tales como la temperatura, el TRS y otras no están controladas. La tasa de carga orgánica es baja en el rango de 1-2 kg DQO/m3.día. Esta configuración de bioreactor no es adecuada para la producción de bioenergía. Sin embargo, algunos tanques y lagunas anaeróbicas son cubiertos y se mezclan para favorecer la producción de biogás y su posterior recuperación. Los sistemas anaeróbicos de alta velocidad mantienen un alto nivel de biomasa en el bioreactor. Las condiciones ambientales se mantienen de manera de optimizar el funcionamiento del bioreactor. Las tasas de carga orgánica varían de 5 a 30 kg DQO/ m3 día o incluso superiores. Los reactores anaeróbicos de alta velocidad son más apropiados para la producción de bioenergía.

Figura 4. Clasificación de los reactores anaeróbicos. a) Reactor anaeróbico de alta velocidad Los digestores anaeróbicos de alta velocidad consisten esencialmente de un reactor continuo con agitación, que opera bajo condiciones mesofilicas o termofílicas. El desarrollo de fermentadores para la metanogénesis presenta extremados problemas en comparación con la mayoría de los fermentadores para otros procesos. Las consecuencias del fallo del proceso pueden ser grandes, particularmente si la operación de la planta productora debe cesar cuando el efluente no se trata continua y satisfactoriamente. Algunos de los parámetros que se deben considerar para el funcionamiento de reactores anaeróbicos son:

Tiempo de retención de sólidos (TRS): El tiempo de retención adecuado requerido para una digestión efectiva puede ser evaluado en estudios a escala de laboratorio o 17


E nergias R enovables en el Perú escala piloto o mediante la evaluación de una planta existente, basándose en la producción máxima de bioenergía como función del TRS. El tiempo de retención puede variar entre 15 a 30 días para la digestión mesofílica y entre 5 a 15 días para la digestión termofílica. El tamaño del digestor puede estimarse conociendo el volumen de residuos producidos. Es importante destacar que esta aproximación no considera las características del residuo.

Tasa de carga de sólidos volátiles (SV): La tasa de carga de SV es la aproximación más utilizada para dimensionar el digestor anaeróbico. Una tasa de carga de SV típica para una digestión mesofílica es de 1.6 – 4.8 kg/m3 día. Para un digestor termofílico, la tasa de carga de SV puede ser el doble de uno mesofílico. Reducción de sólidos volátiles: La degradación de SV puede estimarse utilizando la siguiente ecuación empírica (Metcalf y Eddy, 2003): Vd = 13.7 ln(TRS) + 18.9 (1) Donde Vd es la degradación de sólidos volátiles (%) y TRS es el tiempo de retención de sólidos (días). En la Ec. (1) la reducción o degradación de SV se correlaciona con el TRS, el cual puede utilizarse para calcular el volumen del digestor.

b) Proceso anaeróbico de contacto El diseño del proceso anaeróbico de contacto (PAC) se compone de un reactor anaeróbico de tipo convencional con agitación, donde se pone en contacto el efluente que alimenta el reactor con la biomasa anaeróbica que existe dentro del mismo. Esto permite que los compuestos orgánicos solubles y coloidales se degraden en primer término, con un TRH de 12 a 24 horas. Los microorganismos son capaces de adherirse a las partículas formando sólidos sedimentables en el proceso. La eficiencia de este sistema está estrechamente ligada con la buena sedimentación que se logre en el decantador, para lo cual puede colocarse un desgasificador antes de la entrada del líquido en tratamiento al decantador. El desgasificador permite remover las burbujas de biogás (CO2 y CH4) adheridas a las partículas del lodo, permitiendo su mejor sedimentación. En caso contrario, el lodo tiende a flotar en la superficie. La fracción de sólidos sedimentables que llega con el efluente de alimentación junto con la biomasa activa se retira en un decantador, ubicado después del reactor anaeróbico (decantador secundario). El lodo obtenido se concentra y recircula nuevamente hacia el reactor. Esto posibilita que el TRS en el sistema sea del orden de 25 a 40 días, produciendo la hidrólisis de los sólidos y su posterior mecanización. El líquido claro que sale por la parte superior del decantador se puede derivar hacia una etapa final de tratamiento aeróbico a fin de realizar una depuración adicional, reincorporar oxígeno disuelto en el líquido tratado, previo a su vertido a un curso receptor (Figura 5).

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Figura 5. Esquema de un proceso de contacto anaeróbico El PAC es particularmente útil para corrientes con alta carga de sólidos suspendidos. La concentración de biomasa típica de un reactor es de 4 – 6 g/L, con concentraciones máximas alcanzando 25 – 30 g/L, dependiendo de la habilidad para decantar del lodo. La tasa de carga varía entre 0.5 a 10 kg DQO/m3 día.

c) Filtro anaeróbico Dependiendo de la forma de alimentación, un filtro anaeróbico puede clasificarse como filtro anaeróbico ascendente (FAA), filtro anaeróbico descendente (FAD), o filtro anaeróbico de alimentación múltiple (FAM) (Figura 6.3) Generalmente no se recomienda la recirculación para una máxima recuperación de energía.

Figura 6. Filtros anaeróbicos: (A) De flujo ascendente; (B) De flujo descendente; (C) De alimentación múltiple.

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Filtro anaeróbico de flujo ascendente: Corresponde a un tipo de reactor anaeróbico tubular que opera en régimen continuo y en flujo ascendente, es decir, la alimentación 19


E nergias R enovables en el Perú entra por la parte inferior del reactor, atraviesa todo el perfil longitudinal a través de un lecho de piedras a plástico y sale por la parte superior. Originalmente, las piedras se utilizaban como medio de relleno en filtros anaeróbicos pero debido al bajo volumen de poros (40 – 50%), se producían severos problemas de obstrucción. En la actualidad, el medio que se usa con más frecuencia es el plástico sintético o cerámicas con diferentes configuraciones. El volumen poroso del plástico se encuentra entre 80 y 95% y proporciona una elevada área superficial específica, típicamente de 100 m2/m3 o mayor, que favorece el crecimiento de la biopelícula. En estos reactores los microorganismos se agrupan formando gránulos. Estos densos agregados poseen unas buenas cualidades de sedimentación y no son susceptibles al lavado del sistema bajo condiciones prácticas del reactor. La retención de lodo activo, en forma de gránulos o flóculos, permite la realización de un buen tratamiento incluso a altas tasas de cargas orgánicas. La turbulencia natural causada por el propio caudal del afluente y de la producción de biogás provoca el buen contacto entre agua residual y lodo en el sistema. En estos los sistemas pueden aplicarse mayores cargas orgánicas que en los procesos aeróbicos. Además, se requiere un menor volumen de reacción y de espacio, y al mismo tiempo, se produce una gran cantidad de biogás, y por tanto de energía. Por otra parte, la elevada concentración de biomasa de este sistema, lo hace más tolerante a la presencia de tóxicos. Los gases producidos bajo condiciones anaerobias provocan la recirculación interna, lo que ayuda en la formación y mantenimiento de las partículas biológicas, sobre las cuales algunas partículas de gas se adhieren. El gas libre y el gas adherido a gránulos se retienen en el colector de gas en la parte alta del reactor. El líquido que ha pasado a través del manto contiene algunos sólidos residuales y gránulos biológicos que pasan a través del sedimentador donde los sólidos se separan del futuro efluente. Los sólidos retornan por tanto al caer a través del sistema de bafle en la parte alta del manto de lodos. Debido a que un filtro anaeróbico retiene una gran cantidad de biomasa, es posible mantener un mayor TRS independientemente del TRH. Típicamente, el TRH varía de 0.5 a 4 días y la tasa de carga varía de 5 a 15 kg DQO/m3.día. La eliminación periódica del exceso de biomasa puede ser necesaria para minimizar la obstrucción del circuito. 

Filtro anaeróbico de flujo descendente: Este sistema es similar al de flujo ascendente, excepto que la biomasa es verdaderamente adherida al medio. La biomasa no adherida es lavada del reactor. En este proceso el soporte bacteriano es acoplado al reactor formando canales verticales o tubos. La alimentación baña al relleno desde arriba hacia debajo de la columna del reactor, para su eliminación o bien para su recirculación. Al operar el reactor con un flujo descendente, parte de la biomasa adherida se arrastra, debido a las fuerzas de fricción del líquido, lo que evita problemas de obstrucción de los canales, y permite además la utilización de la contracorriente entre la fase líquida y gaseosa. La contracorriente gas-líquido aumenta la mezcla y la homogenización del sistema impidiendo concentraciones localizadas de ácidos grasos volátiles (AGV) y otros inhibidores en determinadas zonas del reactor. La combinación de flujo hacia abajo y de los canales verticales minimiza la acumulación de sólidos en suspensión en el reactor. Por lo tanto, estos reactores son capaces de tratar compuestos solubles e insolubles. La pérdida de sólidos en suspensión incluye la pérdida de biomasa activa en suspensión. De este modo, el TRS es igual al TRH. Cuando existen TRH inferiores 20


E nergias R enovables en el Perú a uno o dos días, las metanobacterias no pueden crecer en suspensión, mientras que las bacterias acidogénicas tienen tiempo suficiente para crecer en el líquido del reactor. 

Filtro anaeróbico de alimentación múltiple: En estos sistemas, la alimentación al reactor entra por diversos puntos a través del filtro. Las ventajas de este tipo de sistemas son: Permiten una distribución homogénea de la biomasa a través del lecho, a diferencia de la estratificación de los grupos hidrolíticos, acidogénicos y metanogénicos en un sistema de alimentación simple. Mantención de un régimen de mezcla completa a través de todo el reactor, lo cual previene obstrucciones y la acumulación de ácidos grasos volátiles. Concentración uniforme del sustrato en todo el reactor, lo cual previene el crecimiento desmedido de biomasa en el fondo del reactor, minimizando así la obstrucción del lecho del filtro. Utilización efectiva de todo el lecho del filtro con un volumen de trabajo de 87%, comparado con el 65% de un punto de alimentación simple. 

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d) Reactor anaeróbico en secuencia tipo batch: Este sistema funciona por ciclos y no en flujo continuo, donde cada ciclo de operación se divide en cuatro etapas:

1) Alimentación: el afluente es incorporado al reactor 2) Reacción: etapa de tiempo variable en donde ocurre, en mayor grado, la degradación de la materia orgánica. 3) Sedimentación: se detiene la agitación y la biomasa decanta, separándose del efluente clarificado 4) Descarga: el efluente depurado (clarificado) es retirado del reactor. Este tipo de reactor presenta ciertas características particulares que lo hacen ventajoso frente a los sistemas convencionales continuos, dentro de las cuales destacan: Presenta una gran flexibilidad de operación, pudiendo lograrse la adaptación de la biomasa a un determinado tipo de sustrato. Permite un mejor control del proceso y una mejor calidad del efluente, ya que la descarga puede ser llevada a cabo cuando el efluente presenta los estándares requeridos. La biomasa se encuentra en un estado dinámico de abundancia y escasez de sustrato, simulando de mejor manera el estado fisiológico natural de los microorganismos. La operación puede llevarse a cabo sin recirculación de sólidos ni de líquido, a menos que ésta se utilice como agitación. La etapa de sedimentación se realiza dentro del mismo reactor por lo que no es necesario una unidad aparte. Se puede conseguir la eliminación de la etapa de sedimentación, con la consiguiente disminución del tiempo de cada ciclo, mediante la utilización de biomasa inmovilizada en soportes. 

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Figura 7. Etapas operacionales del reactor anaeróbico en secuencia tipo batch. e) Reactor de lecho expandido y fluidizado: El reactor de lecho expandido (RLE) corresponde a una estructura cilíndrica, empaquetada hasta un 10% del volumen del reactor con un soporte inerte de pequeño tamaño lo que permite la acumulación de elevadas concentraciones de biomasa que forman películas alrededor de dichas partículas. Estos soportes pueden ser de arena, carbón activado granular u otros medios plásticos sintéticos, en los cuales ocurre la degradación de la materia orgánica. La expansión del lecho tiene lugar gracias al flujo vertical generado por un elevado grado de recirculación. La velocidad ascensional es tal que el lecho se expande hasta un punto en el que la fuerza gravitacional de descenso es igual a la de fricción por arrastre. En un RLE, se mantiene una velocidad de flujo ascendente tal que permita la expansión del lecho en 15 – 30%.

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Figura 8. Representación esquemática de un reactor de lecho expandido y de lecho fluidizado. El reactor de lecho fluidizado (RLF) tiene una configuración similar al RLE. Sin embargo, el RLF es un reactor de película fija, puesto que la biomasa suspendida tiende a lavarse del sistema debido a la alta velocidad del flujo ascendente. La expansión del lecho es del orden de 25 – 30% del volumen del lecho sedimentado en el RLF. Este requiere una velocidad de flujo ascendente mucho mayor de 10-25 m/hr. Los soportes se sostienen completamente por la velocidad del flujo ascendente y por ende pueden moverse libremente en el lecho. El RLF no presenta problemas de obstrucción y proporciona una mejor difusión del sustrato dentro de la biopelícula.

f) Biorreactor de membrana anaeróbica: El biorreactor de membrana anaeróbica (BMA) integra una unidad de membrana dentro de un reactor o en un circuito externo para facilitar la separación sólido-líquido (Figura 6.6). Un BMA es capaz de retener biomasa y por ende puede operar a TRS extremadamente largos, independiente del TRH, lo cual es un prerrequisito para una operación de proceso anaeróbico exitoso. En la actualidad, las membranas presentan un gran potencial en la biotecnología anaeróbica para la obtención de energías renovables. Esto es particularmente importante para corrientes de alimentación con alto contenido de materia particulada.

Figura 9. Bioreactor de membrana anaeróbica g) Digestor de mezcla completa Corresponde al tipo de reactor más simple y puede ser de mezcla completa sin recirculación o con recirculación. 

Digestor de mezcla completa sin recirculación 23


E nergias R enovables en el Perú Consiste en un reactor en el que se mantiene una distribución uniforme de concentraciones, tanto de substrato como de microorganismos. Esto se consigue mediante un sistema de agitación. Ésta puede ser mecánica (agitador de hélice o palas, de eje vertical u horizontal) o neumática (recirculación de biogás a presión), y se realiza a baja velocidad. Esta tipología de reactor no ofrece problemas de diseño y es el más utilizado para residuos. Comparativamente a otros reactores, el tiempo de retención necesario es alto, debido a que la concentración de cualquier especie, que se mantiene en el reactor en régimen estacionario, es la misma que la que se pretende en el efluente. Si la velocidad de reacción depende de la concentración, como es el caso de los procesos biológicos, la velocidad será baja, y la forma de compensarla es aumentando el tiempo de reacción.

Figura 10. Reactor de mezcla completa sin recirculación 

Digestor de mezcla completa con recirculación Este sistema tiene el nombre de reactor anaerobio de contacto y sería equivalente al sistema de lodos activos aerobios para el tratamiento de aguas residuales. Se comprueba que regulando la recirculación es posible conseguir tiempos de retención hidráulica más bajos que en un reactor simple de mezcla completa. Esto es a costa de aumentar el tiempo de retención de los microorganismos, gracias a su confinamiento en el sistema mediante la separación en el decantador y re-circulación. Debido a la necesaria separación de microorganismos en el decantador, este sistema sólo es aplicable a aguas residuales de alta carga orgánica (aguas residuales de azucareras, cerveceras, etc.), para las que sea posible una separación de fases líquidosólido, con la fracción sólida consistente básicamente en flóculos biológicos. Antes del decantador se debe disponer de un sistema de desgasificación, sin el cual la decantación se puede ver impedida.

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Figura 11. Reactor de mezcla completa con recirculación h) Otros sistemas Los reactores anteriores pueden ser combinados para conseguir sistemas más eficientes, según el tipo de residuo a tratar. 

Sistemas de dos etapas

Estos sistemas consisten en un primer reactor con elevado tiempo de retención, en el cual se favorece la hidrólisis, seguido de un reactor de bajo tiempo de retención que digiere la materia orgánica disuelta y los ácidos producidos en la primera etapa. Si la primera etapa consiste en un reactor discontinuo, el líquido tratado en la segunda es el obtenido por percolación en la primera una vez recirculado el efluente de la segunda. Este sistema permite mantener fácilmente la temperatura en el reactor discontinuo, controlando la temperatura del efluente del segundo reactor. Ha sido aplicado con éxito para tratar residuos sólidos cuya etapa limitante es la hidrólisis: frutas, verduras, residuos sólidos urbanos, de ganado vacuno, etc. 

Sistemas de dos fases

A diferencia de los sistemas de dos etapas, la separación de fases mantiene dos reactores en serie, en los cuales se llevan a cabo las fases de acidogénesis y metanogénesis, respectivamente, y su objetivo es conseguir un tiempo de retención global inferior al correspondiente a un único reactor de mezcla completa. La separación es de tipo cinético, controlando el tiempo de retención de cada reactor, el cual será inferior en el primero, debido a las más altas tasas de crecimiento de las bacterias acidogénicas. Este tipo de sistema ha sido aplicado con éxito a la digestión de residuos con alta concentración de azúcares y bajo contenido en sólidos. Sin embargo, es poco eficiente para residuos con fibras y, en general, sustratos complejos cuyo limitante es la hidrólisis.

1.4. LOS BIOCOMBUSTIBLES La historia de los biocombustibles se inicia a fines del Siglo XIX y nace prácticamente con el uso de los hidrocarburos como fuente de energía. La idea de usar aceites vegetales como combustible para motores de combustión interna data de1895. En ese año el Dr. Rudolf Diesel desarrolló el primer motor Diesel, cuyo prototipo ya estaba 25


E nergias R enovables en el Perú previsto que funcionara con aceites vegetales, como por ejemplo el aceite de maní, que en las primeras pruebas funcionó bien. Años después Henry Ford hizo el primer diseño de su automóvil modelo T en 1908, esperaba utilizar el etanol como combustible. La Standard Oil empleó a principios de los años veinte, en el área de Baltimore, 25% del etanol en gasolina, pero los elevados precios del maíz – producto del que se obtenía – junto con los altos costos de almacenamiento y las dificultades en el transporte, hicieron abandonar el proyecto; además el petróleo irrumpió en el mercado más barato, más eficiente y más disponible. La primera experiencia del empleo de un biocombustible en el transporte público data de 1938, cuando se utilizó biodiesel en la línea de ómnibus Bruselas-Lovaina en el curso de la Segunda Guerra Mundial. Los alemanes emplearon el biodiesel para mover sus flotas de guerra y los vehículos pesados en el norte de África. Con la crisis del petróleo que se vivió en la década de los setenta disminuyó la oferta, por lo que se disparó su precio en forma exorbitante, así como el precio de la gasolina, que se incrementó 100%. A fines de 1979, a raíz de la crisis de los precios del petróleo, se estableció una mezcla de gasolina y etanol: los biocombustibles se volvían a presentar como una alternativa al alza de los precios del petróleo y al posible agotamiento de los recursos no renovables. En Brasil la crisis del petróleo también tuvo fuerte repercusión. En este país, en el año de 1975, se desarrolló el proyecto Proalcohol, cuyo objetivo era reemplazar el uso de los hidrocarburos. Finalmente, la guerra de Kuwait elevó más todavía los precios de los hidrocarburos, afianzando la idea de nuevas fuentes de energía alternativa.

1.4.1. Definición Se entiende por biocombustible aquellos combustibles que se obtienen de biomasa. El término biomasa, en el sentido amplio, se refiere a cualquier tipo de materia orgánica que haya tenido su origen inmediato en el proceso biológico de organismos recientemente vivos, como plantas, o sus deshechos metabólicos (el estiércol); el concepto de biomasa comprende productos tanto de origen vegetal como de origen animal. En la actualidad se ha aceptado este término para denominar al grupo de productos energéticos y materias primas de tipo renovable que se origina a partir de la materia prima orgánica formada por vía biológica. Quedan por tanto fuera de este concepto los combustibles fósiles o los productos orgánicos derivados de ellos, aunque también tuvieron su origen biológico en épocas remotas. Hoy en día se pueden diferenciar distintos tipos de biomasa. Los biocombustibles son aquellos biocarburantes como alcoholes, éteres, ésteres y otros productos químicos que provienen de compuestos orgánicos de base celulósica (biomasa) extraída de plantas silvestres o de cultivo, que sustituyen en mayor o en menor parte el uso de la gasolina en el transporte o destinados a producir electricidad. Los biocomponentes actuales proceden habitualmente del azúcar, trigo, maíz o semillas oleaginosas. El empleo de estos biocombustibles tiene como objetivo principal reducir las emisiones de gases de efecto invernadero que sobrecalientan la superficie terrestre y aceleran el cambio climático. El uso de la biomasa para consumo energético reduce las emisiones de CO2 en la atmósfera a diferencia del uso de hidrocarburos, lo que permite disminuir el impacto negativo que se tiene por parte de los combustibles fósiles sobre el cambio climático. Los biocombustibles de origen biológico pueden sustituir parte del consumo de los combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo y el carbón; este tipo de combustible se encuentra casi siempre en forma líquida y se usa para accionar los motores de combustión del transporte terrestre. Los biocombustibles más desarrollados y usados son el bioetanol y el biodiesel; otras alternativas son el biopropanol y el 26


E nergias R enovables en el Perú biobutanol, que son hasta ahora menos populares. De esta forma, los biocombustibles aparecen como una fuente de energía alternativa que puede usarse en el caso de que los precios de los hidrocarburos se eleven demasiado o en un horizonte de largo plazo en que se agoten. Una segunda finalidad en su uso es que contribuyen a frenar el calentamiento global, ayudando a reducir las emisiones de CO2. Sin embargo, los cultivos energéticos de maíz, caña de azúcar, sorgo o soya, implican darle un uso alternativo al alimentario y esto es lo que ha generado una gran polémica.

1.4.2. Obtención de biocombustibles Según la naturaleza de la biomasa, su uso energético y el uso del biocombustible deseado, se puede contar con diferentes métodos para obtener biocombustibles: procesos mecánicos (astillado, trituración y compactación), termoquímicos (combustión, pirolisis y gasificación), biotecnológicos (micro bacterianos y enzimáticos) y extractivos para obtener combustibles líquidos, sólidos y gaseosos.

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Las briquetas o bloque sólido es un combustible para la estufa o chimenea, en forma de ladrillo, que sustituye a la leña. El bloque sólido combustible es una alternativa a la leña en variadas aplicaciones (como la quema de ladrillos y cal) que consumen grandes cantidades de madera. 2

El término pellet se refiere a pequeñas porciones de aserrín comprimido utilizadas como combustible. a) Los biocombustibles de primera generación (IG)

El uso de biocombustibles como fuente alterna al uso de hidrocarburos y a la reducción del impacto ambiental es un sentido nuevo, pero su empleo se ha hecho desde mucho tiempo atrás. Por ejemplo, en los países subdesarrollados (sobre todo en zonas rurales) se emplean los rastrojos y la leña. En los países desarrollados se aprovecha la madera para generar electricidad, a diferencia del subdesarrollo, hay una verdadera industria silvícola sustentable que permite renovar los bosques y explotar su madera. Los biocombustibles líquidos de primera generación son los más socorridos; esto se demuestra porque hoy en día se está produciendo aproximadamente el equivalente a 20 millones de toneladas de petróleo, lo que significa 1% del consumo mundial total. Los biocombustibles líquidos más usados actualmente son:

Los bioalcoholes. - Son alcoholes de origen orgánico. Están formados por dos tipos fundamentales: el etanol y el metanol. El etanol presenta mejores expectativas en lo que se refiere a la utilización, al primero se le conoce como bioetanol. El etanol se fabrica siguiendo un proceso similar al de la cerveza. La materia prima es muy variada: cereales (maíz, trigo y cebada), tubérculos (yuca, camote, patata y malanga), celulosa (madera y residuos agrícolas), y sacarosa (remolacha, caña de azúcar, melaza y sorgo dulce). Estos compuestos energéticos se transforman en azúcares, y a continuación se convierten en etanol por medio de la fermentación alcohólica. Se emplea en mezclas con gasolina convencional para sustituirla como carburante en mayores o en menores proporciones; no substituye totalmente a la gasolina, ya que ésta le da a la mezcla estabilidad y resta volatilidad, lo que facilita su uso cotidiano, su almacenamiento y su transporte. Las mezclas pueden ser de E5, E10, E20 y hasta E95, indicando en número el porcentaje de etanol empleado en la mezcla: en la medida que aumenta el contenido de etanol, en la mezcla se reduce el impacto contaminante, especialmente porque libera menos monóxido de carbono. Las mezclas con mayor contenido de etanol requieren modificar el diseño de los automóviles. Los bioaceites. - Se obtienen de las oleaginosas y de aceites vegetales fritos (aceite de cocina). Se han hecho pruebas convencionales para echar andar motores con aceites de supermercado, y han sido exitosas. Por ejemplo, en este año alumnos de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Nacional Autónoma de Chiapas (unach) lograron crear biodiesel a partir de la transformación del aceite vegetal de cocina frito; esto permitiría abaratar los costos de combustible, se duplica la vida útil de los vehículos y como consecuencia se reducen las emisiones de monóxido de carbono, azufre, hidrocarburos 28


E nergias R enovables en el Perú aromáticos y partículas sólidas. El aceite vegetal no libera contaminantes como el dióxido de azufre.

El biodiesel. - Es un combustible líquido que se obtiene de manera similar, pero en este caso se substituye parte del Diesel por diversos aceites vegetales y cultivos oleaginosos provenientes de la soja, la colza, la palma, la jatropha y el girasol. Aunque estas especies suelen ser las más utilizadas en su producción, se puede obtener a partir de más de 300 especies vegetales, dependiendo de cuál sea la que más abunde en el país de origen. b) Biocombustibles de segunda generación (2G)

Los biocombustibles de segunda generación (2G) se distinguen de los de primera generación en dos aspectos: se obtienen de vegetales que no tienen una función alimentaria, y se producen con innovaciones tecnológicas que permitirán ser más ecológicos y avanzados que los actuales. Como se obtienen de materias primas no alimentarias, se pueden cultivar en tierras marginales que no se emplean para el cultivo de alimentos. En este sentido, permiten una mayor diversificación con nuevas materias primas, nuevas tecnologías y nuevos productos finales, promoviendo de esta forma el desarrollo agrícola y agroindustrial. Se ha encontrado que la biomasa proveniente de la celulosa puede ser una materia prima básica en la producción de biocombustibles de segunda generación (B2G). La biomasa de celulosa permite generar el bioetanol celulósico, de manera que se pueden usar los desperdicios de los aserraderos y se puede reorientar y ampliar la selvicultura para diversificar el uso de los bosques y protegerlos de su desmonte para usos agrícolas y ganaderos. Dentro de los biocombustibles de segunda generación (B2G) la biomasa celulósica (cuya estructura química es difícil de descomponer por lo que requiere desarrollos tecnológicos) tiene como fuentes más prometedoras el álamo y el sauce de corta rotación, el pasto de elefante, el mijo y los residuos celulósicos industriales en la elaboración de muebles y otros productos de consumo industrial y final. Los biocombustibles de segunda generación (B2G) están ahora en el umbral de la comercialización. En términos técnicos, en biocombustible de biomasa de 2G es fácil de mezclar con otros biocombustibles, ayudando a reducir los niveles de CO2 a corto plazo. Los altos costos de su manufactura significan que todavía no se pueden producir a gran escala. No obstante, este problema inicial constituye un potencial de desarrollo para ayudar a reducir el CO2 y disminuir el efecto invernadero de los gases de efecto invernadero, y con esto frenar el calentamiento global. Los biocombustibles de segunda generación (B2G) requieren incentivos comerciales que sean autosostenibles con la generación de impuestos por su producción y comercialización en el largo plazo; se tienen que evitar políticas de subsidios indiscriminados y excesivos. Podemos decir que los biocombustible 2G de mayor futuro son:

El biodiesel. -, porque hoy en día se está estudiando la viabilidad de producir biodiesel a partir de microalgas marinas como una fórmula para disminuir presión a muchas materias primas y liberar campos de cultivo para dedicarlos a la alimentación. El bioetanol. - Este último es un producto muy homogéneo, con una combustión muy limpia y con gran aceptación entre los fabricantes de automóviles porque las productividades previstas de bioetanol por hectárea de cultivo, utilizando plantaciones de árboles, son muy elevadas. Con estos nuevos combustibles se abre la posibilidad de obtención de combustibles más respetuosos con el medio, que no compiten con los cultivos dedicados a la alimentación, que 29


E nergias R enovables en el Perú además colaboran doblemente contra el cambio climático y que se producen utilizando recursos propios y, por lo tanto, que reducen nuestra dependencia exterior hacia los combustibles fósiles. Dado el alza de precios de los alimentos, se están buscando otras materias primas no alimentarias que puedan ser más abundantes, que se cultiven en terrenos no agrícolas o marginales, y sean a la vez menos costosas. De esta manera, la polémica generada por los actuales de sustituir alimento por carburante, quedaría zanjada. Por ello, los biocombustibles 2G aparecen con el objetivo de superar las limitaciones de expansión y los graves conflictos que pueden generar los actuales agrocombustibles. Los B2G son la respuesta de los países de la Unión Europea a las desventajas e impactos adversos de los biocombustibles de primera generación (B1G), que en un principio fueron promovidos también por los países europeos.

1.4.3. Aplicaciones de los Biocombustibles Las aplicaciones de los diferentes tipos de biocombusibles se resumen en el siguiente cuadro:

1.4.4. Demanda Actual a) Biodiesel Se estima la producción total de biodiesel caerá en el 2015 respecto al 2014 fundamentalmente debido a la baja esperada de la producción en USA, Argentina, e Indonesia, por caída de precios relativos de gasoil.

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Dentro de la producción total de biodiesel el HVO (aceite vegetal hidrotratado), representaba en el 2011 un 5% del total pasando al 12,5% de la producción para el año 2015 respecto al FAME (Metil ester de ácidos grasos), caerá en el 2015 respecto al 2014 fundamentalmente debido a la baja esperada de la producción en USA, Argentina e Indonesia por caída de precios relativos de gasoil.

b) Bioetanol USA Y BRASIL representan el 85% de la producción mundial estimada de bioetanol para el año 2015, encontrándose la Argentina en un séptimo lugar.

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Aspectos Económicos – Inversiones Cinco variables clave impulsan la inversión en bioenergía: El precio de los combustibles fósiles (el principal sustituto). El precio del carbón. El costo de la tecnología de conversión. El costo y disponibilidad de la materia prima (50% a 80% de costo variable). 31


E nergias R enovables en el Perú Las políticas públicas. Dadas las tendencias de estas variables clave, la perspectiva a largo plazo para la bioenergía es positiva.

Emiratos Árabes Unidos inauguran la mayor usina de concentración solar del planeta 18/03/2013 - Fuente: Instituto del Carbono de Brasil Aun siendo uno de los mayores productores de petróleo del mundo, los Emiratos Árabes Unidos también están buscando reducir sus emisiones de gases efecto invernadero, aprovechando el potencial energético del sol del desierto. La meta es reducir su dependencia de petróleo del actual 99 % al 75% para el año 2030.

Finlandia. Infocampo – 11 – 03-2013 - Finlandia abrió la mayor usina de biogás del mundo. La fábrica tiende a aumentar el uso de energía renovable y reducir el uso de carbón. Es la mayor usina de biogás del mundo, en la región de Vaasa, en la costa oeste del país, Según AFP, la usina que opera la empresa Vaskiluodon Voima finlandês, utilizará combustible producto de biomasa, proveniente de la industria maderera, que es una de las principales actividades económicas de Finlandia.

Figura 12. Mercado Mundial De Biodiesel- Producción Por Materia Prima Y Flujo De Exportaciones.

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1.5. Situación Nacional y casos La expansión de los biocombustibles ha sido identificada como un proceso que tendrá grandes impactos en el desarrollo rural en la región de América Latina. Constituye por tanto un tema de interés para Oxfam Internacional (OI) y un tema de trabajo en su Plan de Agricultura y Recursos Naturales de la Región de Sur América. Como parte de estos planes, OI está motivando a los países a producir un estudio-país, con el objetivo de aportar al informe global que se producirá a mediados del 2008 como parte de una campaña global en agricultura. Los países que así lo decidieran también podrían realizar campañas nacionales junto con sus aliados estratégicos. Estos estudios servirán para influir en el debate de los tomadores de decisión y de los medios de comunicación. En el Perú ya existe un marco legal para la producción y uso de lo biocombustibles, y tanto el sector privado empresarial como algunas ONGs y universidades han iniciado algunos estudios para determinar la viabilidad del uso de los biocombustibles como alternativa energética1. La Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles y sus reglamentos han establecido metas obligatorias de mezcla de etanol con gasolina (7,8% obligatorio a partir del año 2010), y de biodiésel con Diesel (2% obligatorio a partir del 2009, y 5% obligatorio a partir del 2011). Este marco legal ha creado un mercado interno de biocombustibles que empieza a crecer. Sin embargo, en el Perú aún no se tiene un conocimiento cabal de las materias primas que pueden abastecer este nuevo mercado ni de los impactos que se podrían generar. Este estudio trata de resumir las investigaciones y debates realizados a la fecha, complementándolos con las visiones de actores de los sectores estatal, de cooperación internacional, empresarial, productores agrícolas y consumidores. Los objetivos del estudio son entender los potenciales impactos de los biocombustibles en la vida de los más pobres, especialmente los rurales; identificar las oportunidades y riesgos para los grupos más vulnerables, especialmente mujeres y pequeños productores e; identificar propuestas de políticas nacionales y regionales para la producción de los biocombustibles con una discusión sobre las implicancias de su aplicación entre la población rural más pobre. Cabe aclarar que, a pesar del mercado 34


E nergias R enovables en el Perú creado por el marco legal vigente y de las distintas iniciativas privadas anunciadas, el sector de los biocombustibles aún está en sus inicios en el Perú, por lo que todavía no se tienen estadísticas o datos sobre sus impactos reales sobre la sociedad, la economía y el desarrollo rural. En este sentido, este estudio representa aún una exploración de las posibles tendencias que podrá tomar el desarrollo de los biocombustibles en el Perú, y los impactos esperados de cada una de estas tendencias. Analizando estas tendencias, llegamos a recomendaciones sobre cuáles de ellas convendría fomentar, cuáles controlar o mejorar, o cuáles evitar para minimizar los impactos sobre la pobreza. En el estudio se han utilizado además, para complementar el análisis, estudios de sectores productivos similares – los nuevos cultivos de agroexportación, por ejemplo – bajo el supuesto que los cultivos para biocombustibles podrían mostrar una dinámica parecida.

1.5.1. Situación general de los biocombustibles en el Perú Marco legal El Perú cuenta con un marco legal general, aún en proceso de mejora, que ha permitido el inicio del desarrollo de la industria de biocombustibles. Este marco consta actualmente de: 

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Ley 28054: Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles, de agosto del 2003. D.S. 013 – 2005 – EM: Reglamento de la Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles, de marzo del 2005. D.S. 021 – 2007 – EM: Reglamento para la Comercialización de Biocombustibles, de abril del 2007. Directiva 004-2007-PROINVERSIÓN: Lineamientos del Programa de Promoción del Uso de Biocombustibles – PROBIOCOM, de marzo del 2007.

Relación con el comercio internacional, especialmente los TLC El desarrollo de los biocombustibles en el Perú va a estar relacionado no solamente con el mercado interno para estos productos, creado por el marco legal actual, sino también con la demanda y oferta de biocombustibles y sus materias primas en el exterior. De los proyectos identificados de biocombustibles en el Perú, se podría cubrir la demanda interna prevista por el marco legal vigente con el 4,5% de las hectáreas de caña de azúcar y el 27% de las hectáreas de palma aceitera involucradas en las inversiones anunciadas. Se desprende que, si todos estos anuncios llegan a cumplirse, el porcentaje restante se orientaría a mercados externos.

Situación actual del comercio exterior de biocombustibles Hasta el momento, no existe en el Perú comercio exterior de biocombustibles, pero sí de productos relacionados. A pesar de que en los últimos años la producción azucarera se está recuperando, la demanda interna seguía superando a la producción nacional de azúcar. Así, en el año 2006 el consumo nacional de azúcar fue de 7 millones 495 mil toneladas, mientras que la producción fue de 7 millones 251 mil toneladas. En ese mismo año el Perú importó 243 mil toneladas de azúcar refinada, y al mismo tiempo exportó 108 mil toneladas de azúcar de caña en bruto (MINAG, 2008). Para el 2007 se estimaba que se llegaría a cubrir un 90% de la demanda interna de azúcar con la producción nacional, y que para el 2008, si las condiciones climáticas eran adecuadas, se pronto se empezarían a generar excedentes. Se espera que estos excedentes se destinen principalmente a la producción de etanol para la exportación, 35


E nergias R enovables en el Perú una vez se cuente con la infraestructura de destilación necesaria (RPP, 28/11/2007). Este año ya se dieron los anuncios de las primeras exportaciones de azúcar, de Casagrande a Centroamérica (Gestión, 17/03/2008). A partir de 1999 el Perú comenzó a exportar alcohol etílico sin desnaturalizar, como resultado del inicio de operaciones comerciales hacia el exterior por parte del Complejo Agroindustrial Cartavio S.A. y Quimpac S.A. En el año 2004 se exportaron 6,1 millones de litros de alcohol etílico no desnaturalizado, a un precio promedio de US$ 0,27 por litro. El mismo año, sin embargo, las importaciones formales de alcohol ascendieron a 10,5 millones de litros a un precio de 0,21 US$/litro, y se estima que de contrabando ingresan unos 11 millones de litros adicionales (Rosadio, 2005). Cabe aclarar que este etanol es diferente del utilizado para mezclas con la gasolina, pues su grado de pureza es menor (96%). En cuanto al biodiésel, el Perú es deficitario en la cadena de oleaginosas, razón por la cual se registran fuertes importaciones de aceites crudos y, en menor medida, refinados. Con una tendencia aún creciente, en el año 2004 se importaron alrededor de 270 mil toneladas de aceites y grasas, por un valor de cerca de 180 millones de US$, y el año 2006 cerca de 284 mil toneladas solamente de aceite de soya crudo. El Perú es un importador neto de aceites vegetales, con casi un 60% de la demanda total nacional de aceite vegetal proveniente de importaciones en el 2002. En resumen: el Perú no cuenta en este momento con producción suficiente de aceites vegetales para satisfacer su demanda para consumo humano. En el 2007, el aceite de soya en crudo se encontraba en el puesto siete en el ranking de principales productos importados, de acuerdo al costo CIF. Esto nos da una idea de la importancia que tiene, aún, la importación de aceites comestibles en el país. Por lo tanto, tampoco cuenta con materia prima suficiente para satisfacer la demanda interna de biodiésel. No obstante, en el país existe potencial para el desarrollo de diversos cultivos oleaginosos y para la obtención de grasas y aceites de origen animal, el cual están empezando a desarrollarse.

Demanda externa de biocombustibles a) Etanol El 66% de la producción mundial de etanol se utiliza como combustible en mezclas con gasolinas; 21% se destina a las industrias de cosméticos, farmacéutica, química y otras; y el 13% restante es orientado a la producción de bebidas. Más del 90% del etanol en el mundo se produce a base de caña de azúcar y maíz (Maximixe, 2007). Se estima que en el 2005, las importaciones mundiales de etanol alcanzaron los 51,5 miles de millones de galones. Los principales bloques económicos importadores fueron la Unión Europea (39,2%) y los Estados Unidos (18,5%). En la Unión Europea (UE-25), se estima que el consumo de etanol aumentó en 6,5% durante el 2006. Se proyecta también que el consumo alcanzará los 1,7 miles de millones de galones en el 2016 (81,8% de lo actual) (Maximixe, 2007). En los Estados Unidos, el consumo de etanol viene incrementándose aceleradamente, tras ser requerido como reemplazo de aditivos oxigenantes que elevan el octanaje de la gasolina, con el fin de cumplir con normas relativas a la calidad del aire, agua y subsuelo y con el objetivo a largo plazo de reducir su dependencia de petróleo importado. Los Estados Unidos también esperaban resolver el problema interno de sobreproducción de maíz, destinando los excedentes a etanol. Sin embargo, este nuevo mercado para el maíz, sumado a la creciente demanda por alimentos de China, está contrbuyendo a las fuertes subidas de los precios internacionales de los cereales 36


E ner ner g i as R enova novables les en en el Perú registradas en los últimos meses. Otros mercados emergentes son China e India. El consumo de etanol en China se incrementaría i ncrementaría a 1,4 miles de millones de galones antes del 2016. Aunque actualmente China es un exportador neto de etanol, se estima que en el 2016 tendrá que importar 133 millones de galones. De otro lado, el consumo de etanol en la India habría ascendido a 603,8 millones de galones durante el 2006, y podría alcanzar 763,1 millones de galones en el 2016, con unas importaciones netas de 118,2 millones de galones en ese año (Maximixe, 2007). Este crecimiento en la demanda de etanol se debe a que diversos países han declarado o están planeando incluir el etanol en su matriz de consumo de combustibles:

Figura 13. Metas de utilización de etanol por países. b) Biodiésel Según el F.O. Licht's World Ethanol & Biofuels Report, la producción mundial de biodiésel en el 2006 fue de 5,4 millones de toneladas, con Europa con la mayor producción, y proyectando un crecimiento a 7,9 millones de toneladas en el 2007. Estos niveles de producción, que siguen creciendo de manera acelerada, han sido impulsados por una demanda también creciente, generada en muchos casos por regulaciones, incentivos y metas establecidas por los estados. Brasil lanzó en el 2004 el Programa Nacional de Producción y Uso del Biodiesel, que busca impulsar a este combustible como una opción para el desarrollo del agro en las zonas más pobres del país. Este programa consta de un marco regulatorio, de metas físicas de uso de biodiésel, y de una planificación de cultivos oleaginosos en todo el país. Así, en el 2004 fue autorizada la mezcla de 2% de biodiésel en el Diesel convencional, y, según la Ley del Biodiesel (Ley 11.097/05), a partir del 2008 este porcentaje de mezcla será obligatorio. Asimismo, a partir del 2013, la mezcla de 5% de biodiésel en el Diesel (B5) será obligatoria (Castro et al., 2007).

Oportunidades y riesgos para el Perú De acuerdo con Javier Pulgar Vidal, de la Sociedad Peruana de Derecho Ambiental (comunicación personal, noviembre 2007), en los Estados Unidos se ha dado una rebaja arancelaria para los biocombustibles provenientes de otros países, lo cual podría tener un efecto positivo sobre la exportación de biocombustibles desde el Perú. Igualmente sucede con las cuotas establecidas por Europa. Estas oportunidades 37


E ner ner g i as R enova novables les en en el Perú de mercado para la exportación de biocombustibles podrían, sin embargo, amenazar las metas internas de utilización de biocombustibles, si es que los productores deciden priorizar la exportación a la venta en el mercado mercado interno.

El Tratado de Libre Comercio (TLC) con Estados Unidos (EEUU) en el Perú ha sido cuestionado, en el sentido de si este podría representar un gran desarrollo para el Perú o más bien traerá graves consecuencias para los grupos más vulnerables del país, como son los empobrecidos agricultores minifundistas. EEUU es una de las economías más fuertes a nivel mundial y un tratado que facilite las exportaciones peruanas a ese país nos puede generar grandes ganancias. Lo mismo sucede en un TLC con la Unión Europea, el segundo mercado más grande y exigente del mundo. El problema con un posible próximo tratado con la Unión Europea consiste en que ellos desean negociar en bloque con la CAN, países donde hay opiniones encontradas sobre el tema de libre comercio, lo cual hace imposible llegar a un acuerdo, por lo que se pide sea un acuerdo bilateral y no de bloque a bloque. El TLC representa ahora una oportunidad de desarrollar algunos sectores que ya se rigen según estándares internacionales, como el sector agroindustrial y exportador. Estos sectores, sin embargo, conforman una minoría. El sector agroexportador agroexportador “no tradicional” ocupa menos del 10% de las tierras agrícolas de la costa y comprende apenas 1,5% de las tierras de cultivo del país. La gran mayoría de campesinos practica una agricultura tradicional que le genera escasos ingresos, cuenta con bajos niveles de tecnificación, escasa infraestructura, difícil o nulo acceso a créditos financieros, con objetivo de autoconsumo o para el mercado local y con baja calidad de los productos. Ellos no se benefician del TLC porque no pueden exportar sus productos, debido a su baja calidad o cantidad. Por el contrario, para ellos las consecuencias del TLC TL C pueden ser fatales, ya que no podrán competir con la entrada masiva de productos subsidiados en EEUU y que por lo tanto tendrán un menor costo. Para tratar de minimizar estas consecuencias negativas, los aranceles de muchos productos agrícolas serán reducidos paulatinamente, en un plazo de 5, 10 o 15 años, o incluso con un periodo de gracia previo. Además, el Estado ha resuelto dar subvenciones de protección para los sectores que se espera sean más afectados. Para el caso específico de los biocombustibles, el TLC del Perú con los Estados Unidos elimina completamente y de manera inmediata los aranceles a la importación de etanol peruano en EEUU para usos diferentes a las bebidas alcohólicas. Igualmente elimina inmediatamente los aranceles (o los mantiene en 0%) a diversas semillas oleaginosas, tales como maní, colza, canola, girasol, palma, palmiste, algodón, ricino, sésamo, mostaza, etc. También elimina los aranceles a los aceites vegetales crudos o refinados, pero no modificados químicamente, a las grasas y aceites animales, y a los aceites comestibles. Para el ingreso al Perú, la mayoría de aceites vegetales cuentan con una eliminación progresiva de los aranceles, ya sea en 5 o en 10 años. El etanol es liberado de aranceles de manera inmediata si no es desnaturalizado, o de manera progresiva en 10 años, si es desnaturalizado. El mercado nacional de biocombustibles y sus productos relacionados podría así verse verse afectado por el TLC con los Estados Unidos. Por un lado, la reducción de aranceles a la entrada de productos agroenergéticos, aún progresiva, puede generar una competencia competencia desleal para nuestros nuestros productores, productores, debido a los subsidios agrícolas y los mecanismos de beneficios que EEUU tiene para su sector exportador. Existe el riesgo, pues, de apertura del mercado nacional a sustitutos del azúcar, sus derivados y sus materias primas, tales como las glucosas, fructosas, jarabes y el maíz (APPAB, 2004). Por supuesto, esto afecta no solo a la producción 38


E ner ner g i as R enova novables les en en el Perú de biocombustibles, sino también a la de alimentos. Por otra parte, los beneficios del TLC – TLC – cero cero aranceles para nuestros aceites, semillas oleaginosas o etanol – etanol – no no son muy útiles para nuestros productores actuales, ya que nuestros excedentes para la exportación son muy limitados (incluso, en el caso de oleaginosas y aceites, necesitamos importar la mayor parte). Sin embargo, el TLC, al igual que el creciente mercado europeo para biocomustibles, podría constituirse en una motivación para que nuevos inversionistas incursionen en la producción de biocombustibles en el Perú. El boom actual de productores de biodiésel y etanol en el país, de hecho, no está orientado solamente al mercado interno. Muchos de los nuevos grandes inversionistas en biocombustibles en el Perú cuentan con capitales extranjeros, lo cual apunta a suponer que una parte de su producción se destinará a la exportación. Especialmente en el caso del etanol, como veremos más adelante, se espera que la mayor parte de la producción se destine a la exportación. Las proyecciones oficiales afirman que contamos con tierras suficientes para abastecer el mercado interno de biocombustibles sin afectar necesariamente el mercado de alimentos. Sin embargo, la figura probablemente cambiará si a esto se suma el gran mercado de las exportaciones, principamente a Estados Unidos. La mayor demanda por tierras, agua y granos (en EEUU, etanol es producido principalmente a partir de maíz) puede llevar a un incremento de los precios para los consumidores, empeorando el hambre y la desnutrición en los sectores más pobres, principalmente los rurales. En Brasil ya se tiene la experiecia de que las plantaciones para la producción de agrocombustibles desplazan a los pequeños campesinos, que pueden entonces convertirse en obreros de

la plantación o migrar a la ciudad (Carlsen, 2007).

Figura 14. Proyectos anunciados de producción de etanol de caña de azúcar en la costa peruana.

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Figura 15. Proyectos anunciados de producción de etanol de caña de azúcar en la selva peruana.

Figura 16. Demanda de etanol con mezcla al 7,8% en las gasolinas (miles de barriles por día)

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Figura 17. Actores en la producción de biodiésel en el Perú.

Figura 18. Biodiésel requerido según mezcla (MBD).

1.6. Impactos ambientales En el marco del estudio se realizaron entrevistas con 17 expertos del área de producción, promoción y regulación de biocombustibles en el Perú. La lista de personas representadas se encuentra en la sección 7. 41


E nergias R enovables en el Perú En el Gráfico 17 se muestra la distribución de respuestas acerca de la opinión de los entrevistados sobre los impactos que la producción de biocombustibles podría tener sobre diferentes aspectos de la pobreza en el Perú. Cabe aclarar que las entrevistas no fueron objetivas, es decir, no se pidió a los entrevistados que respondieran categóricamente “sí”, “no”, “no sé”, “ambos”, etc. a cada pregunta, sino que se pidió su opinión abiertamente.

En los próximos párrafos presentaremos algunos de los resultados de las entrevistas en relación con la percepción de los entrevistados acerca de los posibles impactos que generará la producción de biocombustibles en el Perú sobre la pobreza en sus diferentes dimensiones. Cabe resaltar que en esta sección estamos recopilando opiniones, basadas en diferentes experiencias y conocimientos sobre el tema. Estas opiniones no deben ser consideradas predicciones certeras, sino más bien las diferentes percepciones existentes sobre los posibles riesgos o beneficios de la producción de biocombustibles. Lo enriquecedor del análisis es que se logran combinar los puntos de vista de diferentes sectores (público energía, público agricultura, público industria, público regional, privado empresarial, privado productores agrícolas, consumidores, cooperación) para dar una idea de que, justamente, las opiniones están divididas y que los impactos potenciales “dependen” aún de muchos factores. En la entrevista también se preguntó si los entrevistados ya habían observado impactos en el Perú, y cuál era su naturaleza. Aquí la mayoría de respuestas (7) apuntó a que aún no se han observado impactos, ya que el desarrollo de los biocombustibles aún está en sus inicios en el país. Solo un experto mencionó un impacto positivo concreto ya existente, que consiste en la recuperación de áreas deforestadas con el cultivo del piñón. Tres expertos mencionaron, por el contrario, que en el extranjero sí se han observado impactos negativos. No nos interesa únicamente saber si los entrevistados esperan tener impactos positivos o negativos, sino las razones o los contextos que motivan estas respuestas.

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2. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Las plantas hidroeléctricas fueron las primeras plantas generadoras de energía eléctrica que se usaron en el mundo para la producción de grandes cantidades de energía. La razón de esto es que dichas plantas se caracterizan por tener una serie de cualidades muy ventajosas en relación a otros tipos de plantas como las termoeléctricas convencionales. En nuestro país las plantas hidroeléctricas generan aproximadamente el 30% de la energía eléctrica total. Este porcentaje se reduce a cerca de 20% a nivel mundial. Sin embargo, la importancia de las hidroeléctricas no sólo depende de la cantidad de energía que proporcionan, sino de las condiciones tan ventajosas que ofrecen. Las plantas hidroeléctricas son utilizadas en gran parte para cubrir los picos de carga que se tienen en todos los sistemas eléctricos, debido a su gran facilidad de maniobra. Hay que recordar que una planta hidroeléctrica de cualquier capacidad se puede arrancar de cero a plena carga en un tiempo cercano a un minuto. Una termoeléctrica convencional necesita de tres a cuatro horas por lo menos. Entre las principales ventajas de las plantas hidroeléctricas se tienen las siguientes: a) b) c) d) e) f) g) h) i)

Facilidad de maniobra. Ausencia de combustible. Costo bajo de la energía eléctrica producida. Bajo consumo de energía en servicios propios. Requieren de poco personal de operación. Sustituyen a otras plantas cuando éstas fallan. Son plantas de gran durabilidad por ser de baja velocidad. Son fáciles de automatizar. Permiten el uso múltiple del agua.

2.1. Definiciones La hidráulica es la ciencia que estudia las propiedades de los líquidos en movimiento y en reposo. La hidrostática es la parte de la hidráulica que estudia los líquidos en reposo, en tanto que la hidrodinámica se encarga de estudiar los líquidos en movimiento. En las plantas hidroeléctricas se tiene la necesidad de trabajar con agua en reposo y en movimiento, por lo que se dará un repaso a los conceptos básicos de la hidráulica.

2.2. Esquema de funcionamiento de una Central Hidroeléctrica

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E nergias R enovables en el Perú 1) Embalse. Permite disponer de una reserva de agua que utilizará la central asociada para producir energía eléctrica en función de la demanda. 2) Válvula. Es el control de acceso del agua. 3) Turbina hidráulica. El agua proveniente del embalse o directamente del río mueve los álabes haciendo girar la turbina. La turbina hidráulica permite así convertir la energía cinética (masa a una cierta velocidad) del agua en energía mecánica de rotación. La turbina está acoplada al alternador. 4) Alternador. Está acoplado a la turbina hidráulica y es movido por ésta. Su función es la de convertir la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica. 5) Transformador. Eleva la tensión eléctrica generada en el alternador (entre 6 y 20 kV) hasta la tensión de la red de transporte (132, 220 ó 440kV). 6) Red Eléctrica. Recibe la electricidad de las centrales generadoras y la transporta a los puntos de consumo. La red eléctrica española posee un alto grado de mallado, así como interconexiones con otros países, lo que permite minimizar los efectos del fallo en un equipo de generación o en la propia red de transporte.

2.3. Elementos de una Central Hidroeléctrica a) Presa Su misión es conseguir el salto de agua, desviar caudales y/o almacenamiento de agua. La elección del tipo de presa depende de la configuración del valle y de las características mecánicas del terreno. Clasificación por su forma de trabajo: de gravedad y de bóveda. 

Presas de gravedad. Par de vuelco producido por el empuje de las aguas se compensa con el par de la reacción que el suelo ejerce sobre la presa. La estabilidad de la presa está confiada a su propio peso y al esfuerzo del terreno sobre el que se apoya.

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Presas de bóveda. El esfuerzo debido al empuje del agua se transmite hacia las laderas del valle, para lo cual la presa debe estar dotada de una cierta curvatura que transmita la componente horizontal del empuje hacia los laterales del valle.

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b) Toma de agua Zona de obra donde se capta el agua necesaria para el accionamiento de las turbinas. Las aperturas por donde entra el agua están protegidas para evitar que pasen a la turbina cuerpos en suspensión o flotación (limpieza periódica de rejillas).

c) Galería de conducción El agua circula debido a los ligerísimos desniveles entre sus extremos (velocidades pequeñas). Hechas de hormigón con juntas de dilatación para contrarrestar el efecto de los cambios de temperatura.

d) Tubería de presión o forzada Soportan grandes presiones en toda su superficie. Trazado según terreno. Hechas de acero con juntas de dilatación.

e) Chimenea de equilibrio Amortigua el golpe de ariete. El agua fluctúa en ella según la presión en las conducciones. Se sitúan en la zona de unión de las galerías de conducción y las tuberías forzadas.

2.4. Clasificación de Centrales Hidroeléctricas La fuente de la energía mecánica es el agua. Ésta se transforma en energía cinética que a su vez acciona un generador eléctrico. Clasificaciones:

a) Según el discurrir del agua: De agua fluyente. De derivación. De agua embalsada o de regulación. - De bombeo. b) Según el salto de agua: De alta presión. De media presión. De baja presión. 2.4.1. Definiciones 45


E nergias R enovables en el Perú • • • • • • • • • • • • •

Cota. Valor de la altura a la que se encuentra una superficie o punto respecto el nivel del mar Salto de agua. Paso brusco o caída de masas de agua desde un nivel, más o menos constante, a otro inmediatamente inferior. Numéricamente se define como la diferencia de cota (altura del salto) Caudal. Cantidad de líquido que circula a través de cada una de las secciones de conducción abierta o cerrada (m3/s). Salto bruto (m): Es la diferencia de cotas entre el nivel del agua en la toma y en la descarga. Salto neto (m): Es igual a la diferencia entre el salto bruto y la pérdida de carga en la toma y conducción. Salto de diseño o nominal (HN): Es el salto neto para el que se diseña la turbina y con el que se consigue el punto de máxima eficiencia en la turbinación. Caudal nominal: Es igual al caudal turbinado por un grupo operando con apertura total y el salto nominal. Caudal máximo: Es igual al caudal turbinado por un grupo operando con el salto crítico y una apertura total. Caudal de turbinación de una turbina o de una central: Es el caudal máximo que se puede turbinar en uno o en todos los grupos de la central operando con un determinado salto. Potencia nominal de la turbina: Es la potencia que entrega la turbina cuando opera con el salto nominal y una apertura total. Potencia nominal (o de placa) del alternador (kVA): Es la potencia de diseño del alternador. Se mide en kVA con relación a un determinado factor de potencia. Potencia (o capacidad) instalada: Es la potencia global de todos los alternadores instalados en la central. Fenómenos anómalos Golpe de ariete: Se interrumpe con rapidez una corriente que circula a cierta velocidad a través de un conducto, produciéndose fuertes variaciones de presión y, por tanto, fuertes impactos sobre las superficies que soportan estas variaciones Disminuye bruscamente la potencia demandada al generador que acciona la turbina hidráulica Ocasiona deformaciones y vibraciones que se pueden evitar con la chimenea de equilibrio y con el accionamiento lento y progresivo de válvulas

Cavitación: Formación de espacios huecos (cavidades llenas de gas o vapor) debidos a las reducciones de presión cuando una masa líquida se mueve a gran velocidad La corriente arrastra estas cavidades que aumentan de tamaño hasta llegar a zonas de alta presión donde se condensa el vapor elevando localmente la presión Reduce la velocidad a la que pueden funcionar las máquinas eléctricas. Produce ruidos y vibraciones de las superficies en contacto con el líquido

2.4.2. Clasificación 46



a) Según el discurrir del agua: De agua fluyente. No cuentan con reserva de agua. Centrales de gran caudal y pequeña altura. Potencia máxima en temporada de lluvias, mínima o nula en tiempo seco. Centrales de base.

De derivación. Constan de: pequeña presa para desviar el agua hacia la turbina, galería de conducción, chimenea de equilibrio, tubería forzada, central, canal de desagüe pequeña presa de derivación cuya misión es elevar el plano de las aguas para permitir la entrada de las mismas a (2) un canal de derivación que llega hasta (3) chimenea de equilibrio (colector que reúne las aportaciones del canal en un solo lugar) de donde arrancan (4) las tuberías forzadas que conducen el caudal a (5) la central para ser restituidas al cauce natural mediante (6) el canal de desagüe o socaz.

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De agua embalsada o de regulación. Presa que acumula agua proveniente de grandes lagos o pantanos artificiales en embalse superior. Regulación del caudal. Gran altura, pequeño caudal. Producción variable según demanda. Centrales de punta.

De bombeo Dos embalses a distinta altura (almacenes de energía).  Demanda irregular. Demanda mayor (punta): se turbina el agua del embalse  superior. Demanda menor (valle): se bombea el agua del embalse inferior hacia el superior (turbina / bomba). Centrales térmicas y nucleares pueden trabajar con un régimen más uniforme, con mejores rendimientos y con un mayor factor de utilización, que repercute de forma favorable en el coste del kW/h producido. Tiempo de arranque muy corto.  48





b) Según salto de agua Según el salto de agua la configuración de las turbinas es distinta:

Centrales de alta presión. Saltos grandes (> 300 m.), pequeños caudales desalojados (20m3/s). Turbinas Pelton y Francis que reciben agua mediante tuberías de gran longitud. Zonas de alta montaña.

Centrales de media presión. Saltos y caudales medios (15-300 m. y 200m3/s). Turbinas Pelton, Francis y Kaplan. Embalses grandes

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Centrales de baja presión. Saltos pequeños (< 15 m.), gran caudal (>300m3/s). Turbinas Kaplan o Francis. Valles amplios de baja montaña

2.5. Participación en el Balance Nacional De Energía El desempeño del sector eléctrico presenta una alta correlación con el crecimiento de la economía, resaltando que en el caso peruano se sustenta en mayor medida en empresas mineras e industrias de hierro y acero. Si bien se observa una elevada correlación, es de mencionar que en épocas de recesión económica disminuyen las tasas de crecimiento del sector eléctrico, no obstante esto es mitigado por el crecimiento vegetativo de la demanda, el cual está ligado entre otros factores, al crecimiento de la población. En este sentido, en los últimos 5 años la producción de energía creció a una tasa compuesta de 6.9%, mientras que el promedio para la economía fue de 4.5%. Contrastando la generación eléctrica de los últimos 5 años con el crecimiento del producto bruto interno, el primero se ha ubicado alrededor de 240 pbs por encima. En este sentido, se espera un crecimiento por encima del promedio debido a las mayores cifras proyectadas de crecimiento económico, además de las inversiones previstas para los siguientes periodos. La producción de electricidad en el Perú se ha duplicado en las últimas dos décadas gracias al crecimiento de la demanda y disponibilidad de recursos. En paralelo, el mundo también ha experimentado cambios en su matriz de generación eléctrica. Así, en el 50


E nergias R enovables en el Perú presente capítulo se realiza una comparación de la magnitud del mercado mundial con el local. Asimismo, se explica la relevancia de las fuentes renovables en el sector.

2.5.1. Generación La electricidad en el Perú es generada fundamentalmente por centrales hidroeléctricas (39.5% a junio 201610), y térmicas (56.0% a junio 2016), de las cuales alrededor del 88.1% de centrales térmicas utiliza gas natural proveniente de los yacimientos de Camisea. La mayor participación de centrales que utilizan gas natural se justifica en los costes atractivos que ofrece el proyecto Camisea en comparación con otras fuentes energéticas, lo cual trae consigo mayores márgenes de rentabilidad. Además, la mayor disponibilidad debido al gaseoducto sur peruano permitirá descentralizar parte de la concentración de producción de electricidad de la zona centro, causado fundamentalmente por las dificultades de transporte. A pesar de los ahorros derivados de la utilización de gas, la producción de energía en plantas térmicas es hasta cuatro veces más costosa que la generada en centrales hidroeléctricas11, esto se debe a que en las primeras el costo de combustibles12 se incrementa considerablemente por sus costos 51


E nergias R enovables en el Perú variables. No obstante, se debe considerar el ciclo hidrológico en la generación de electricidad, que abarca los meses de noviembre a mayo, y está compuesto por un periodo de avenida13, seguido de un periodo de estiaje14, periodo en el cual usualmente toma mayor importancia la generación termoeléctrica. La estructura de la matriz energética ha mantenido la participación de la energía hidráulica y térmica como principales fuentes de electricidad en el país (95.5% a junio 2016), sin embargo, es importante resaltar que el Plan Energético Nacional fomenta una matriz energética renovable en el marco de un desarrollo económico sustentable. Por ello, en el 2008 el Estado Peruano emitió el Decreto Legislativo N°1002 donde se promueve, a través de subastas, la inversión para la generación de electricidad con fuentes de energía renovables no convencionales, denominados Recursos Energéticos Renovables (RER) como es el caso de la energía eólica, solar, geométrica, mareomotriz, biomasa y pequeñas hidroeléctricas con una capacidad instalada de hasta 20 MW. A junio 2016, estas representan 4.5% de la producción total mostrándose un incremento continuo de la participación debido a que hasta diciembre 2011 representaban menos del 1%. Considerando los diversos tipos de recursos energéticos, la producción de energía eléctrica aumentó en 6.7% a junio 2016, situándose en niveles cercanos al crecimiento promedio de la producción de electricidad registrada entre 2008 y 2013(6.5%), acorde con la recuperación de la economía peruana en el transcurso del 2015 y 2016. La importante variación se sustenta principalmente en la mayor generación de Kallpa debido a que su central Turbo Gas 1 registró una producción mayor a 100%, así como la mayor generación de Engie, Termochilca, entre otras empresas. Adicionalmente, se destaca el ingreso de la empresa de generación eléctrica Starkraft Perú15, así como de Luz del Sur y Parque Eólico Tres Hermanas, las cuales aportaron importantes montos de energía. Finalmente, se destaca el ingreso de alrededor de 10 empresas para la generación de energía eléctrica entre el período junio 2015 – junio 2016. Los principales productores de energía eléctrica por grupo económico son: i) el Estado (20.2% del total), a través Electroperú (13.6% del total), quien cuenta con la central hidroeléctrica más grande e importante del Perú en Mantaro (10.3% del total), Egemsa (2.0%), Egasa (2.8%), San Gabán (1.3%), y Egesur (0.5%), ii) Grupo Enel (17.9% del total), a través de Edegel (14.7% del total), Chinango (1.2%) y Empresa Eléctrica de Piura (1.5%), iii) Engie (17.4% del total), empresa que cuenta con la central térmica Chilca-TV (4.8% del total), una de las más importantes del país, y iv) Kallpa Generación (15.7% del total), que cuenta con la central térmica Kallpa-TV (4.7% del total). Es importante resaltar que se observa una elevada concentración de producción de energía en el centro del país16 (62.5% a Dic. 2015), lo cual incrementa el riesgo de abastecimiento, en caso de desastres naturales o en caso que alguna central falle. En este sentido, Lima concentra alrededor del 46.8% del total de consumo de energía eléctrica, dado que aproximadamente 31.4% de la población se ubica en la capital. Las predicciones de crecimiento de la economía peruana indican valores de 2,7% y 3,0% para el año 2015 y 2016, respectivamente, muy por debajo del 5,9% experimentado en los años 2013-2014. Los Planes Energéticos Nacionales elaborados en periodos de bonanza económica y desbordado optimismo en el futuro revelan una situación de grave riesgo en la toma de decisiones de política energética a largo plazo. Los errores en temas energéticos a largo plazo pueden poner en serio peligro la débil estabilidad social y económica en un país con lacerantes diferencias sociales.

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Figura 17: Evolución del Producto Bruto Interno, PBI, y de la demanda interna entre el año 2008-2015.

Figura 18: Proyecciones de demanda de energía entre el año 2014-2025.

2.5.2. Balance de Energía La producción de energía primaria durante el 2014 reportó 25,296 miles de barriles de crudo, equivalente a 146,620 TJ, mientras que la producción de gas natural, registró 456,407 millones de pies cúbicos de gas seco y 37,751 miles de barriles de líquidos de gas natural, equivalente ambos a 626,356 TJ de Gas Natural. La Hidroenergía, como otra forma de energía primaria, durante el año 2014 registró una producción de 21,586 GW.h, equivalente a 77, 709 TJ. La energía secundaria que se produce a partir de la transformación de la energía primaria, en caso de los hidrocarburos en 10 plantas de procesamiento de crudo y gas natural; mientras que la hidroenergía se alimenta junto al gas natural y carbón mineral a las generadoras eléctricas. La producción de derivados de hidrocarburos durante el 53


E nergias R enovables en el Perú 2014 registró un total de 97,641 miles de barriles, destacando la producción de Diésel con 36%, seguido de las gasolinas y residuales en menor medida.

Respecto a la producción nacional de energía eléctrica, en la siguiente Tabla se muestra el reporte correspondiente al 2014, diferenciado por fuente de producción:

Figura 19. Producción de Energía Eléctrica por Tipo de Fuente, 2014 Respecto a la demanda o consumo interno de Electricidad, en el Anexo 11 se muestra el detalle de las ventas de electricidad, de acuerdo al boletín “Tarifas y Mercado Eléctrico” de la GART de Osinergmin de abril 2015. En la siguiente tabla se muestra el resumen de los consumos entre el 2013 y 2014.

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Figura 20. Venta de electricidad a usuarios finales. Asimismo, tomando como fuente, Informes Anuales, Información Comercial 2014, elaborado por la GART de Osinergmin, se conoce que las ventas de energía en los sectores industrial, residencial, comercial y alumbrado público representaron el 54%, 23%, 21% y 2%, respectivamente, como se observa en el siguiente gráfico.

Figura 21. Distribución de la demanda interna de Electricidad en el 2014.

Pérdida de Energía en los Sistemas Eléctricos de Transmisión y Distribución, debido que a la fecha (17/08/15) no se dispone de data en la página web del Minem, se considerara 10.5% de pérdida con respecto a la energía bruta producida (“Anuario Ejecutivo de Electricidad 2013, página 39 y 42” del Minem), en las actividades de transmisión y distribución de la energía eléctrica, estimándose así una cifra de aproximadamente 4,445 GW.h, equivalente a 16,002 TJ para el 2014.

Figura 22. Pérdidas en el Sector Electricidad durante el 2014. Finalmente se presenta el Balance de Energía Eléctrica:

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E nergias R enovables en el Perú De la producción de energía eléctrica de medios hidroeléctricos se tiene:

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Figura 22. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA, VOLUMEN TURBINADO Y RENDIMIENTO POR CENTRALESHIDROELÉCTRICAS - 2016

Figura 23. RECURSO HÍDRICO TOTAL DEL COES A DICIEMBRE 2016. 2.5.3. Producción y Participación de Empresas de Generación Eléctrica La producción de energía eléctrica en el año 2016 fue de 48 326,4 GW.h, notándose un crecimiento de 8,50% con respecto al año 2015. La distribución de la producción de energía eléctrica por empresas integrantes del COES para el año 2016 y su participación en la generación total. Se observa que las empresas de mayor participación en la producción de energía, en el año 2016, fueron Electroperú con 6 644,2 GW.h (13,75%), Engie con 6 470,5 GW.h (13,39%), Edegel con 6 147,2 GW.h (12,72%), Kallpa con 6 014,8 GW.h (12,45%), Fénix Power con 3 581,8 GW.h (7,41%), Statkraft con 2 079,0 GW.h (4,30%), Egenor con 2 054,3 GW.h (4,25%), Enersur con 1 711,9 GW.h (3,54%), Egasa con 1 345,6 GW.h (2,78%), Egemsa con 1 232,9 GW.h (2,55%), Termochilca con 1 105,8 GW.h (2,29%) y Enel Generación Perú con 1 063,4 GW.h (2,20%), que conformaron el 81,6% de la producción total y con una menor participación las demás empresas integrantes que aportaron 8 874,8 GW.h (18,4%). La producción de energía eléctrica por tipo de generación (hidroeléctrica, termoeléctrica, eólica y solar). Los resultados para el año 2016 indican la preponderancia de la generación termoeléctrica en el abastecimiento de la demanda de energía con 24 020,8 GW.h con una participación del 49,71% del total, la generación hidroeléctrica fue de 23 009,6 GW.h con un 47,61%, la generación solar fue de 241,8 GW.h con 0,50% y la generación éolica con 1 054,1 GWh representando el 2,18%. La producción mensual de energía eléctrica en el año 2016 según el tipo de generación y comparada con lo abastecido durante el año 2015. La producción hidroeléctrica en el año 2016 fue 23 009,6 GW.h y la participación que tuvieron las empresas integrantes del COES, se observa que la empresa de mayor producción hidroeléctrica fue ELECTROPERÚ con 6 641,0 GW.h (28,86%) y las de 57


E nergias R enovables en el Perú menor producción fueron ELÉCTRICA SANTA ROSA con 3,0 GW.h (0,01%) y YANAPAMPA con 18,6 GW.h (0,08%).

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Figura 24. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA 2016 POR EMPRESAS.

Figura 25. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA 2016 POR EMPRESAS.

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Figura 26. POR TIPO DE GENERACIÓN 2016.

Figura 27. POR TIPO DE GENERACIÓN 2016.

Figura 28. PRODUCCIÓN MENSUAL DE ENERGÍA ELÉCTRICA 2016 (GW.h).

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Figura 29. PRODUCCIÓN MENSUAL HIDROELÉCTRICA - TERMOELÉCTRICA - SOLAR Y EÓLICA GW.h.

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Figura 30. PRODUCCIÓN HIDROELÉCTRICA POR EMPRESAS 2016. 62



Figura 31. PRODUCCIÓN HIDROELÉCTRICA POR EMPRESAS 2016. 2.6. Cuadros Estadísticos

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64



CUADRO N° 1 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS 2016 GW.h.

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CUADRO N° 1 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS 2016 GW.h

CUADRO N° 1 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE CENTRALES TERMOELÉCTRICAS 2016 GW.h.

GRÁFICO N° 1. EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA TOTAL POR TIPO DE GENERACIÓN (GW.h).

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CUADRO N° 2. EVOLUCIÓN ANUAL DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN GW.h POR RECURSO ENERGÉTICO 2001 – 2016.

GRÁFICO N° 2. EVOLUCIÓN DE LA PARTICIPACIÓN POR TIPO DE RECURSO ENERGÉTICO EN LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA 2000 – 2016.

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CUADRO N° 3. EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA 1997 – 2016 (GW.h).

CUADRO N° 4. EVOLUCIÓN DE LA MÁXIMA DEMANDA 1999 – 2016 (MW).

GRÁFICO N° 3. EVOLUCIÓN DE LA DEMANDA MÁXIMA Y ENERGÍA DEL COES 1993- 2016.

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GRÁFICO N° 4. DESPACHO POR TIPO DE COMBUSTIBLE Y TECNOLOGÍA EN EL DÍA DE MÁXIMA DEMANDA DEL AÑO 2016.

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CUADRO N° 4. PARTICIPACIÓN DE LAS UNIDADES DE GENERACIÓN POR INSUMO Y TECNOLOGÍA EN EL DÍA DE MÁXIMA DEMANDA 20 DE DICIEMBRE 2016.

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3. MICRO HIDROENERGÍA La energía eléctrica es un servicio básico fundamental para el desarrollo humano, sin embargo, en las zonas rurales muy pocas familias tienen este servicio. El acceso a través de la red nacional se hace cada vez más costoso y difícil por la lejanía de muchas de las poblaciones y el costo adicional que significa extender el tendido para atender a lugares con baja densidad poblacional. Por otro lado, los grupos electrógenos diésel son un elemento contaminante y un constante gasto para estas poblaciones, muchas veces pobres, que viven en condiciones de extrema pobreza. Las energías renovables como la solar, eólica e hidráulica a pequeña escala han demostrado ser apropiadas para las condiciones de las poblaciones rurales, pues son un recurso natural local, y no requieren de una inversión para combustible.

3.1. Generalidades de las Centrales Hidroeléctricas Conceptos previos.

a) Energía hidráulica: es la energía que tiene una masa de líquido por su elevación, velocidad y por la presión a la que está sometido. Ejemplo: el flujo de agua por un rio, por un canal o en una tubería.

E ner ner gí a hid hi dr áuli áulica ca= = E ner ner g í a pot pote encial + E ner ner gí a ci ci nética nética + E ner ner gí a de presi presió ón …(1)

b) Energía potencial: debido a la elevación de la masa de líquido sobre un nivel de referencia.

c) Energía cinética: Energía que ocurre por el movimiento del líquido.

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d) Energía de presión: La energía interna del fluido que puede producir un desplazamiento.

í ú =

 2



(í é) + (í  ó) + (í )…(2) 

 =   …(3)

Donde: V= Velocidad del agua (m/s). g= Aceleración de la gravedad (m/s2). = Densidad del agua (Kg/m 3).

 = Peso Específico del agua. = Altura de la cota (m). = Caudal del agua (m3/s). = Altura de la cota (m).

Las centrales hidroeléctricas son aquellas instalaciones que trasforman la energía hidráulica del agua en energía eléctrica.

No existe consenso para definir la pequeña hidráulica. Los criterios utilizados pueden variar de país a país, en nuestro caso los más usados de acuerdo a la potencia instalada son:

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La Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) .

3.2. Parámetros y Cálculos de una micro Central Hidroeléctrica Salto neto a partir del salto bruto. Caudal de equipamiento. Potencia según tipo de micro central.

a) Determinación de altura y caudal En el caso de pequeños recursos hidroeléctricos (inferiores a los 50 kW), es irrelevante que la estimación de la altura y el caudal se realice con un error menor al 10 %.

b) Salto de agua Energía potencial que tiene una masa de agua Energía potencial que tiene una masa de agua en un desnivel.

Energía potencial de masa de agua + Turbina = Energía mecánica… (4) Salto neto = Salto bruto – Pérdidas de carga Pérdidas de carga… (5)

Determinación de la altura H Medición con manguera y manómetro. Método preciso para salto bruto.

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Medición con regla y nivel Muy preciso para salto bruto.

Medición con altímetro. El menos preciso, pero más utilizado en saltos medios y grandes.

Determinación del caudal Q Método del llenado de un depósito. Útil para pequeños cauces que puedan derivar su caudal de forma sencilla. caudal de forma sencilla.

Método de la tabla aforada. Colocar tabla como dique con un corte de 2m de ancho por 0,2m de alto.

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Método del flotador. Resultados aceptables en tramos relativamente rectos y de sección uniforme.

Obras Civiles: Están conformadas por una bocatoma, canal de conducción, desarenador, cámara de carga, tubería de presión, casa de máquinas, entre otros.

Bocatoma Sirve para desviar la parte del caudal del río que será utilizado para la microcentral. Para su construcción se usan estructuras de cemento o una combinación de cemento y madera. Cuando se trata de centrales muy pequeñas, las comunidades utilizan piedra, barro y ramas, como en las bocatomas que se construyen para el riego.

Canal de conducción • Sirve para conducir el agua desde la bocatoma hasta la cámara de carga. En nuestras comunidades existen muchos canales utilizados para riego. Pueden ser de tierra, revestidos con cemento, tubos de PVC u otros materiales.

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Desarenador y cámara de carga Evita que piedritas y arenilla que viene con el agua ingrese a la tubería de presión y a la turbina. Asegura que la tubería de presión esté llena, evitando el ingreso de aire.

Tubería de presión Transporta el agua desde la cámara de carga hasta la casa de máquinas. Puede ser construida en acero, PVC o polietileno.

Tuberías de PVC En la actualidad se usan mucho en la construcción de microcentrales por su bajo costo, fácil transporte e instalación en comparación al acero. Soportan altas presiones y se fabrican en grandes diámetros. Siempre deben estar enterradas para evitar daños por su exposición al Sol.

Casa de máquinas Es el ambiente donde se instalan todos los equipos de generación y control. Asimismo, donde se ubica el canal de descarga, que evacua el agua.

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Equipo electromecánico Se conoce así a todos los equipos que se encuentran dentro de la casa de máquinas: turbina, generador, regulador, tablero de control y otros.

Turbinas Son máquinas que transforman la energía del agua en energía mecánica mediante un motor que gira por la fuerza del agua. Existen varios tipos de turbinas que se instalan de acuerdo a las condiciones del caudal (cantidad de agua) y altura de la tubería de presión.

El generador de electricidad (alternador o dínamo) Esta máquina recibe el giro de la turbina y transforma la energía mecánica del eje de la turbina, en energía eléctrica. Existen varios tipos de generador: •

Generador síncrono: de mayor aplicación en MCH, pueden ser de eje horizontal o vertical. 77


E nergias R enovables en el Perú •

Generador de inducción: llamado también motor como generador. Se utiliza para pequeñas potencias, hasta de 12 kW. Es una alternativa interesante por su bajo costo. • Generador de imanes permanentes: se utiliza en sistemas pequeños (menos de 1kW). • Alternador automotriz: otra alternativa para la electrificación rural, especialmente para cargar baterías

Reguladores y tableros de control Se encargan de mantener constante el voltaje de trabajo. Evitan las subidas y bajadas de voltaje que puedan dañar a los artefactos o equipos de los usuarios. Los reguladores pueden ser de velocidad (electromecánicos u oleohidráulicos) o de carga. Los reguladores electrónicos de carga son los más utilizados en MCH por su bajo costo, fácil operación y mantenimiento. En el tablero se encuentran los instrumentos de control y protección: voltímetro, amperímetro, medidor de frecuencia y medidor de potencia y energía.

3.3. Instalaciones en el Perú En el caso de Perú las instalaciones de microhidrocentrales eléctricas se han sucedido como parte de una serie de convenios y programas estatales con empresas privadas y extranjeras, entre las que más podemos destacar están: “Soluciones Prácticas” e “ITDG”. 78


E nergias R enovables en el Perú De estas empresas se destaca la participación de ITDG como lo resume a continuación: En respuesta a la demanda por energía confiable y de bajo costo tanto el Gobierno Peruano asi como organizaciones no-gubernamentales (ONGs) se han interesado en programas de microcentrales. Las cifras para algunas instalaciones de las cuales ITDG tiene conocimiento, son:

Electro Perú, la entidad estatal de electricidad, ha invertido grandes montos en proyectos de electrificación rural ( hasta US$3-4,000 por vivienda conectada) incluyendo algunas instalaciones de mini y microcentrales. Sin embargo, en muchos casos un suministro menos costoso ha sido obtenido vía instalación, propiedad y administración de plantas por individuos o comunidades. Un estudio llevado a cabo en 1986 para evaluar microcentrales instaladas por el Gobierno (24) encontró que el fracaso de los proyectos ejecutados por ELECTROPERU se debía a : i) Factores de carga basados únicamente en la demanda domestica de energía y no en usos productivos. ii) La no-participación de la comunidad local (con la consecuente mala administración y falta de compromiso con el mantenimiento). iii) Costos de operación elevados debido a plantas provistas de excesivo personal. Los proyectos privados y comunales por otro lado, se han basado en: i) Factores de carga a partir de usos productivos, así como de los requerimientos domésticos. ii) Identificación local de la demanda de energía para fines productivos. iii) Reducción en los costos de instalación, operación y administración, al ser asumidas estas tareas por los propios pobladores.

Tabla 1: Costo de Microcentrales.

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4. ENERGIA GEOTERMIA La energía de la Tierra, mejor conocida como energía geotérmica o geotermia, es una energía renovable, prácticamente inagotable, con una madurez tecnológica sólida, limpia, versátil y útil para generar electricidad, entre otras múltiples aplicaciones. Debido a que sus emisiones se componen prácticamente de vapor de agua, su uso no presenta riesgo ambiental para nuestro planeta. Hoy en día, la geotermia re - presenta el 0.4 por ciento del total de la generación eléctrica mundial, aun cuando sólo se explotan los sistemas hidrotermales de alta temperatura, que constituyen una fracción muy pequeña de la inmensa cantidad de energía disponible en la Tierra. Sin embargo, estudios científicos recientes relacionados con el desarrollo de técnicas mejoradas de exploración y explotación para nuevas generaciones de sistemas geotérmicos muestran que, a mediano plazo, la generación geotermoeléctrica se convertirá en una pieza clave dentro del abanico energético mundial. El propósito de este artículo es presentar una breve descripción de las principales características de la geotermia, incluyendo sus beneficios, sus escenarios actuales y futuros de desarrollo, así como las tendencias de investigación que actualmente se realizan para su desarrollo sustentable. A mediano plazo, la generación geotermoeléctrica se convertirá en una pieza clave dentro del abanico energético mundial. El flujo de calor desde el interior de la Tierra hacia los estratos superiores de la corteza produce cambios de temperatura a distintas profundidades, conocidos como gradientes geotérmicos. La palabra “ geotermia” proviene de los vocablos griegos geo, Tierra; y termos, calor. Se define como la energía o calor natural que proviene del interior de la Tierra. Este calor proviene básicamente del colapso gravitatorio que formó a la Tierra y de la desintegración radioactiva de elementos radiactivos como los isótopos de uranio, torio y potasio en la corteza terrestre. El contenido total de calor de la Tierra es inmensamente grande, del orden de 12.6 billones de exajoules (un exajoule equivale a un trillón de joules, unidades en que se mide la energía); se calcula que la corteza terrestre contiene unos cinco mil 400 millones de exajoules (Gupta y colaboradores, 2007). El flujo de calor desde el interior de la Tierra hacia los estratos superiores de la corteza produce cambios de temperatura a distintas profundidades, conocidos como gradientes geotérmicos (Torres y colaboradores, 1993). Éstos pueden variar desde valores normales (alrededor de 30 grados centígrados por kilómetro) hasta unos 200 grados centígrados por kilómetro, en los bordes de las placas tectónicas, donde el deslizamiento de éstas favorece el ascenso del magma. Este enorme flujo de calor suele calentar grandes extensiones de roca en la profundidad, donde se forman depósitos de fluidos calientes (denominados yacimientos hidrotermales) o sistemas de roca seca caliente (Gallup, 2009). Con la tecnología actual, sólo los yacimientos hidrotermales pueden explotarse comercialmente para generar electricidad o para aprovechar el calor directamente en otras aplicaciones. La inmensa cantidad de energía térmica producida continuamente en estos sistemas y los largos tiempos geológicos requeridos para su agotamiento hacen que la geotermia sea considerada como una fuente alterna de energía, renovable y prácticamente inagotable.

4.1. Clasificación Los sistemas geotérmicos existentes en la Tierra se clasifican, en forma general, con base en la temperatura del fluido endógeno que se extrae, o del fluido que se inyecta para la extracción de calor de la roca. Cuando la temperatura del fluido es mayor de 200 grados 80


E nergias R enovables en el Perú centígrados, se le considera un recurso de alta entalpía (o alto contenido energético), ideal para la producción de electricidad con sistemas convencionales de generación. Si las temperaturas del fluido están en el intervalo de 100 a 200 grados centígrados, o bien son menores de 100 grados centígrados, se les denomina sistema de mediana o baja entalpía, respectivamente. Entre los sistemas geotérmicos más conocidos se tienen a los siguientes:

a) Sistemas hidrotermales convectivos: Están constituidos por una fuente de calor, fluidos que constituyen el medio de transporte del calor, roca permeable donde se almacenan los fluidos y una capa de “roca sello”. Los fluidos se infiltran en la corteza terrestre a través de poros y fracturas hasta alcanzar un yacimiento, donde se almacenan por largo tiempo. La existencia de estos yacimientos se manifiesta en la superficie por la presencia de manantiales calientes, fumarolas, géisers, lagunas de lodo hirviente o suelos calientes. Estos yacimientos pueden ser de vapor o líquido dominante de alta temperatura, o de líquido de mediana o baja temperatura. Para la generación de electricidad, se extraen fluidos bifásicos (líquido y vapor) de alta temperatura (más de 200 grados centígrados) mediante pozos perforados, y se transportan a la superficie para una separación eficiente. El vapor separado se conduce hacia turbinas de generación, mientras que el agua separada, dependiendo de su temperatura, es reutilizada en diversas aplicaciones antes de regresarla al subsuelo para recargar el sistema y evitar problemas de contaminación del medio ambiente. Por otro lado, los fluidos de mediana temperatura (menos de 200 grados centígrados) son usados en plantas de ciclo binario, donde ceden su energía a un fluido secundario de bajo punto de ebullición para evaporarlo y utilizarlo como vapor para producir electricidad.

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E nergias R enovables en el Perú Figura 1. Yacimiento de vapor o líquido dominante de alta temperatura.

b) Sistemas geotérmicos de roca seca caliente o “sistemas geotérmicos mejorados”: Consisten en roca seca a muy alta temperatura (alrededor de 650 grados centígrados) localizada entre 2 y 4 kilómetros de profundidad, y con la característica particular de no contar con fluidos suficientes en el fondo para transportar el calor hacia la superficie. Su explotación requiere de la creación de una red de fracturas en la roca y la inyección de fluidos para su aprovechamiento. Por su inmenso potencial y su distribución prácticamente uniforme en toda la superficie terrestre, se estima que para el 2050 podrían obtenerse alrededor de cien mil megawatts (millones de watts, unidad en que se mide la po tencia; Massachusetts Institute of Technology, 2006). Esta promisoria tecnología se encuentra ya en fase de investigación y desarrollo con avances muy importantes; destaca el proyecto demostrativo de Soultz-sous-Forêts, en Francia, con una planta piloto de 1.5 megawatts.

c) Sistemas geotérmicos geopresurizados: Contienen agua y metano disuelto a alta presión (unos 700 bar, unidad de presión) y mediana temperatura (entre 90 y 200 grados centígrados). Actualmente estos recursos no se explotan y se desconoce su existencia en México. d) Sistemas geotérmicos marinos: Se localizan en el fondo del mar, y se manifiestan como descargas, fumarolas o chimeneas hidrotermales. Se han identificado en el golfo de California, en México, con temperaturas hasta de 350 grados centígrados, y por el momento no se explotan comercialmente.

Figura 2. Yacimiento de vapor o líquido de líquido de mediana o baja temperatura 82



e) Sistemas geotérmicos magmáticos: Consisten de roca fundida (a unos 800 grados centígrados) y están asociados con aparatos volcánicos activos. Para extraer el calor de estos sistemas se han desarrollado algunos proyectos piloto en Hawaii e Islandia, pero su explotación comercial requiere la búsqueda de materiales adecuados que resistan la corrosión y las altas temperaturas. f) Sistemas geotérmicos supercríticos: Se ubican a grandes profundidades (entre 5 y 6 kilómetros) y contienen fluidos en estado supercrítico (es decir: a presión y temperatura tal, que adopta un estado intermedio entre líquido y gas) con temperaturas de hasta 600 grados centígrados; se han detectado cerca de Islandia, donde ac tual mente se investiga la factibilidad de su explotación (Iceland Deep Drilling Project, 2010). Este tipo de sistemas supercríticos pueden proveer hasta diez veces más energía que los sistemas geotérmicos convencionales, por lo que, de ser factible su explotación, la capacidad geotermoeléctrica podría incrementarse en varios órdenes de magnitud.

Figura 3. Plantas geotermoeléctricas convencionales. 4.2. Escenarios de generación geotermoeléctrica y usos directos Si bien la energía geotérmica es abundante y renovable, con la tecnología actual sólo una pequeña fracción de los recursos mundiales se explota para producir electricidad y otras aplicaciones directas de calentamiento. La generación geotermoeléctrica se inició en Italia (en Larderello, Toscana) en 1904, y en México (en la localidad de Pathé, Hidalgo) en 1959. Actualmente se explota en 24 países para producir electricidad (Bertani, 2007) y en más de 60 países en usos directos.

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Figura 4. Esquema de generación eléctrica por geotermia.

Figura 5. Capacidad total geotermoeléctrica instalada. 84



4.3. Generación geotermoeléctrica mundial Actualmente, sólo los sistemas hidrotermales convectivos, con temperaturas entre 200 y 350 grados centígrados y profundidades de alrededor de 3 kilómetros, se explotan comercialmente para generar electricidad. En 2007, la capacidad mundial instalada de generación geotermoeléctrica alcanzó 9 mil 732 megawatts (aproximadamente un 0.4 por ciento de la generación eléctrica total). Estudios prospectivos indican que para el 2010 la capacidad instalada alcanzará 11 mil megawatts, y que en el 2050 se incrementará hasta 140 gigawatts (millones de watts), en la medida en que resulte técnica y económicamente factible la explotación de los sistemas de roca seca caliente (Gallup, 2009).

4.4. Situación Nacional El Perú es un país que cuenta con un gran potencial de recursos geotérmicos que, de ser explotados correctamente, ayudarían a diversificar la matriz energética del país. Asimismo, los usos multipropósitos de la geotermia en balneología, invernaderos, la acuicultura, calefacción de hogares en las zonas alto andinas para mitigar el friaje, son 85


E nergias R enovables en el Perú razones justificables para continuar con los estudios de investigación de los recursos geotérmicos.

Funciones del MINEM es fomentar la diversificación de la matriz energética, desarrollando una nueva generación eléctrica que emplee energías renovables y se declare como necesidad pública y de interés nacional donde se incluye a la geotermia, como una de las energías de aporte significativo a la matriz energética nacional. Adicional a esto el Perú se rige por el siguiente marco legal en energía geotermia:

Ley Nº 26848 “Ley Orgánica de Recursos Geotérmicos”, publicada el 21 de julio de 1997. Decreto Supremo Nº 019-2010-EM “Reglamento de la Ley Orgánica de Recursos Geotérmicos” publicada el 07 de abril del 2010.  Reconocimiento – Libre  Exploración – Autorización  Explotación – Concesión

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Figura 6. Mapa Geotérmico del Perú. 4.4.1. Listado de todos los proyectos GE38-4: Evaluación Geotérmica en el Perú: Región Tacna (Paucarani) Fecha de Inicio: 2017 Fecha de Fin: 2017 Cuenca: El área de estudio se localiza principalmente en la cuenca del río Uchusuma. Sin embargo, en un área menor, las cuencas de los ríos; Caño, Caplina al oeste y las cuencas de los ríos Maure y Lluta al este, forman parte de la zona de estudio. La región Tacna, ubicada en el sur del Perú en la frontera con Chile y Bolivia, en su geografía hay presencia de numerosos volcanes activos que forma parte del denominado “Eje Volcánico Sur”, la región geotermal más promisoria del país. 87


E nergias R enovables en el Perú Tacna cuenta con abundantes manifestaciones geotermales en superficie, ideal para la generación de energía eléctrica y de uso directo. En el año 2017, se viene realizando la actualización de la información geocientífica de los recursos geotérmicos en la región Tacna, mediante la aplicación de metodologías de investigación geológica, geoquímica y geofísica.

Productos: -

01 base de datos para la región Tacna actualizada al 2017 01 informe técnico a ser publicado como boletín de la evaluación del potencial geotérmico de la zona geotermal de Paucarani.

Año: 2017 Programa - Tema (RME): Geotermia Región: Tacna GE38-3 - Evaluación Geotérmica en el Perú: Región Moquegua (En revisión) Fecha de Inicio: 2016 Fecha de Fin: 2016 Para el año 2016 en el presente trabajar en la actualización de la información geocientífica actualizada de los recursos geotérmicos, cálculo de potenciales con que cuenta el campo Geotérmico Ullocan en la región Moquegua

Productos: ‐ ‐ ‐

‐ ‐

Boletín ¨Caracterización y estimación del Potencial Geotermico de la zona geotérmica de Ullocan región Moquegua" Articulo Congreso Geológico "Características geológicas de la zona geotérmica de Pinaya- región Puno" Articulo Congreso Geológico ¨Utilización del método Montecarlo para la estimación del potencial geotermico campo zona geotermico Pinaya Puno" Articulo Congreso Geológico "Prospección geofísica en el campo geotérmico Orcopampa, región Arequipa" Articulo Congreso Geológico "Prospección geofísica en el campo geotérmico Ocoruro, región Arequipa"

Año: 2016 Programa - Tema (RME): Geotermia Región: Moquegua 

GE38-2 - Evaluación Geotérmica en el Perú: Puno (En revisión) Proyecto en curso Fecha de Inicio: 2015 Fecha de Fin: 2015 Cuenca: Pinaya, Jaraña, Atecata, Coline En el Año 2015 se evaluó los recursos geotérmicos potenciales en la zona de Pinaya región Puno, para conocer las posibilidades de desarrollo de la geotermia en las principales zonas geotérmicas de Pinaya, Jaraña, Atecata, de la región Puno. Se creó el Centro de Investigación Geotérmica de INGEMMET (CIG).

Productos: ‐

Boletín ¨Caracterización y estimación del Potencial Geotérmico de las zonas Pinaya, Jaraña, Atecata y Coline¨ 88


E nergias R enovables en el Perú ‐ ‐

Creación del ¨ Centro de Investigación Geotérmica CIG de Ingemmet¨ mediante resolución de presidencia Nro. 097 INGEMMET/PCD Siete reportes de exploración geológica, geofísica y prospección geoquímica relacionados a la zona Geotérmica de Pinaya

Año: 2015 Programa - Tema (RME): Geotermia Región: Puno 

Ge38-1 - Evaluación Geotérmica en el Perú: Región Arequipa Fecha de Inicio: 2014 Fecha de Fin: 2014 El Perú es un país que cuenta con un gran potencial de recursos geotérmicos que, de ser explotados correctamente, ayudarían a diversificar nuestra matriz energética, razón por la cual para el año 2014, INGEMMET realizará trabajos de "evaluación geotérmica del Perú", realizando investigaciones de caracterización geológica, geofísica y geoquímica de las manifestaciones geotermales de la región Arequipa.

Productos: ‐

Boletín "Evaluación del Potencial Geotermico de la Región Arequipa"

Año: 2014 Programa - Tema (RME): Geotermia Región: Arequipa.

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5. CELDAS DE COMBUSTIBLE La energía en uno de los grandes soportes para el desarrollo de la humanidad y el mejoramiento de la calidad de vida. La energía no es un fin en sí mismo, sino un medio para alcanzar la meta del desarrollo humano sostenible. Antes se creía que el crecimiento económico iba ligado al consumo de energía; sin embrago, cada vez más es posible tener crecimiento con menor consumo de energía, como lo muestra la experiencia de Estados Unidos de América, el Japón y la Unión Europea. Hoy en día nadie desconoce el deterioro de la capa de ozono, escudo natural de nuestro planeta contra la radiación ultravioleta, así como también el calentamiento paulatino debido al efecto invernadero, causado principalmente por los gases de combustión emitidos por las plantas generadoras de potencia y por el parque automotor en todos los países. La gran mayoría de estos focos de contaminación queman combustibles de origen fósil para su funcionamiento. Sin embargo, los yacimientos de los cuales se extraen a la vuelta de algunas décadas se agotarán. Durante más de veinte años los países desarrollados han tratado de desarrollar fuentes más limpias de energía eléctrica. Actualmente se está tratando de hacer uso de las Celdas de Combustible en la generación de potencia tanto a gran escala como a pequeñas aplicaciones; ya que ellas sólo se usan en los dispositivos espaciales como fuente de generación de potencia debido a su alto costo para ser empleadas en aplicaciones comerciales ordinarias.

5.1. Definición Las celdas de combustible son aparatos electroquímicos análogos a las baterías convencionales: ambos poseen electrodos positivos y negativos y un electrolito. Sin embargo, a diferencias de las baterías, que pueden suministrar potencia sólo por un tiempo definido, luego del cual hay que recargarlas o remplazarlas, la celda de combustiblegracias a que absorbe nuevos suministros de combustible permanente- puede operar continuamente, es decir, produce electricidad mientras esté siendo alimentada con combustible y oxidante. Una celda de combustible es un sistema de flujo estable, en el cual el combustible y el oxidante se suministran desde una fuente externa que provee un medio de transformar energía química en eléctrica, sin combustión y sin contaminar el aire ni el agua, en un proceso continuo y directo mediante reacciones de reducción y oxidación en presencia de un catalizador, y elimina los productos de la reacción. De manera ideal, no hay cambio en la composición química del electrolito o de ambos electrodos.

Figura l. Configuración general de una celda de combustible. 90


E nergias R enovables en el Perú La reacción química que ocurre en la celda de combustible es isotérmica y continua. Las celdas de combustión no están limitadas por el Principio de Carnot, por lo que pueden alcanzar una mayor eficiencia teórica en la conversión de energía, mientras que las reacciones de combustión involucran grandes variaciones de temperatura, lo cual genera energía como calor o calor y trabajo. Las pérdidas excesivas que se producen en los sistemas de conversión de energía de varias etapas pueden evitarse mediante el u o de celdas de combustible que hacen la conversión en un proceso de una sola etapa.

Figura 2. Principios Básicos de la Celdas de combustible. Este esquema que parece simple se complica por las variables que se introducen respecto combustible (hidrógeno), fuente de origen, calidad, almacenamiento, etc. Estas variables que afectan el funcionamiento y las características técnicas de la energía generada, se tratarán en posteriores artículos. Por ahora nos centraremos en analizar las características de la energía que es generada en las Celdas de Combustible.

5.2. Constitución de una Celda de Combustible En una celda de combustible, el combustible y el oxidante reaccionan isotérmicamente, por lo cual se produce una reacción en cada electrodo por separado. Una reacción ocurre en la superficie de un electrodo que ioniza el combustible y manda los electrones liberados a un circuito eléctrico externo, y en la superficie del otro electrodo ocurre una reacción que recibe electrones del. circuito externo que cuando se combinan con el oxidante crean iones. Los iones se combinan en el electrolito para completar la reacción total. El electrólito, que no es conductor eléctrico, transporta los iones entre los electrodos, para completar el circuito y continuar con el flujo de electrones. Una celda de combustible está constituida por las siguientes partes: 91


E nergias R enovables en el Perú •

Los electrodos. El ánodo, que suministra los electrones al circuito externo, y el cátodo, que los recibe del circuito externo. Los electrodos separan al combustible y al oxidante del electrólito, y están hechos de materiales porosos para incrementar el área sobre la cual ocurre la reacción.

•

El electrolito. El tipo de electrolito usado clasifica a las celdas de combustible, y determina el flujo de iones y la temperatura de operación de la celda; puede ser ácido, transportando iones positivos H', o alcalino, transportando iones negativos OH". Puede ser, además de acuoso, líquido y también sólido, que son los adecuados para celdas que funcionen a elevadas temperaturas.

•

El combustible. Los combustibles utilizados en las celdas de combustibles son el hidrógeno, el gas natural, hidrocarburos ligeros, etc. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso es el único que podría ser el de mayor aplicación. El hidrógeno tiene el más alto contenido de energía por unidad de peso que cualquier otro combustible, y en caso de accidente se dispersa rápidamente. Cuando reacciona con el oxígeno en las celdas de combustible, éste puede producir electricidad directamente, y puede sobrepasar los límites de eficiencia del ciclo de Carnot obtenidos en la actualidad en plantas termoeléctricas. El hidrógeno puede producirse de una gran variedad de fuentes de energía, tales como: Electrólisis del agua, gas natural, la biomasa, etc., y se puede almacenar de diferentes maneras, como gas comprimido, licuado a muy bajas temperaturas, como compuesto Líquido (metanol, amoníaco) o como un sólido en forma de hidruro metálico. 92


E nergias R enovables en el Perú Otros combustibles no son tan reactivos, por lo cual requieren catalizadores metálicos; o son tóxicos, y por tanto inseguros. En las celdas de combustible utilizadas como fuente de energía móvil, el uso de metano o metanol, en lugar de hidrógeno puro, reduce drásticamente el volumen de almacenamiento para un rango de operación requerido.

•

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Catalizadores. La tecnología de las celdas de combustibles fue en sus principios limitada por los catalizadores, ya que en las celdas de combustibles de baja temperatura que usan electrolitos acuosos se requerían metales nobles caros, tales como el platino, para aumentar la velocidad de la reacción en los electrodos. Oxidante. Aunque el oxígeno es el gas oxidante, no es necesario utilizarlo puro, ya que para muchas de las aplicaciones se usa el aire como el oxidante.

Tabla 1. Aspectos relevantes de las pilas de combustible estacionarias

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5.3. Aplicaciones de las Celdas de Combustible Las Celdas de combustible comprenden una amplia variedad de aplicaciones:

5.3.1. Portátiles Orientadas a pequeños dispositivos eléctricos, cada vez más abundantes a nuestro alrededor (ordenadores, Smart phones, pequeños electrodomésticos). Las celdas de combustible portátiles son las que sirven a productos diseñados para ser trasladados y no permanecer estáticos. Tienen las siguientes aplicaciones: 

   



Unidades de potencia auxiliar (APU), por ejemplo, para la industria del ocio y el transporte por carretera. Productos portátiles como antorchas, cortadoras de vid, etc. Kits educativos y juguetes. Aplicaciones militares. Pequeños aparatos electrónicos personales que funcionan con micro celdas, como los reproductores de mp3, las cámaras, etc. Aparatos electrónicos personales más grandes que requieren unas celdas de combustible de más potencia, tales como las impresoras, los ordenadores portátiles, las radios, etc. Para este rango de productos, las celdas de combustible portátiles se desarrollan en una amplia gama de tamaños, que van desde menos de 5W (micro celdas) hasta 500kW.

Las celdas de combustible portátiles normalmente reemplazan o aumentan la tecnología general de la batería y explotan la tecnología PEM o DMFC. Las celdas de combustible PEM usan hidrógeno directamente, mientras que las DMFC emiten pequeñas cantidades de CO2.

Las principales ventajas de las celdas de combustible en las aplicaciones portátiles son:     

El funcionamiento fuera de red. Un mayor tiempo de funcionamiento. La rápida recarga. Una significativa reducción de peso potencial. Conveniencia, fiabilidad, y bajos costes operativos.

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5.3.2. Estacionarias Se basan en emplear el hidrógeno como sistema de almacenamiento puede ser utilizado para la generación de electricidad y calor en empresas, hospitales, zonas residenciales, y como generadores de potencia en casos de emergencia cuando falle el suministro principal. Las celdas de combustible estacionarias son las que suministran electricidad, y a veces calor, pero no están diseñadas para ser trasladadas. Estas incluyen:   

Las combinaciones de calor y energía (CHP), Los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), y Las unidades de energía primaria.

Las unidades residenciales de CHP se han extendido ampliamente en Japón, proporcionando calefacción y alimentación energética al hogar. Corea del Sur también ha desplegado unidades CHP para uso residencial, y como en Japón, su compra sigue dependiendo de las subvenciones del Estado. Los sistemas UPS proporcionan un suministro garantizado de energía en caso de interrupción de la red. Este mercado se puede dividir en cinco subsectores:

 

  

Sistemas de corto tiempo de funcionamiento fuera de línea, para estaciones base de telecomunicaciones. Sistemas de largo tiempo de funcionamiento fuera de línea, para las estaciones base de sistemas críticos de comunicación, tales como las redes de radio troncal terrestre. Sistemas de montaje en bastidor con largo tiempo de funcionamiento fuera de línea, para centros de datos. Sistemas de montaje en bastidor en línea, para centros de datos. Sistemas fuera de línea, para uso residencial.

De estos cinco sectores, los tres primeros son los más avanzados. La elección del combustible varía según la región: en Asia domina el gas natural y el GLP, en los EE.UU. prevalece el hidrógeno, y en Europa el metanol. Las unidades ‘multi-megavatios’ de energía primaria están predominantemente localizadas en los EE.UU. y Japón.

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5.3.3. Aplicaciones al transporte Se contempla el uso de hidrógeno como combustible en pilas de combustible para vehículos eléctricos de todo tipo (coches, autobuses, barcos), apareciendo cada vez con más frecuencia, prototipos y modelos de prueba propulsados con estas tecnologías. Incluso está prevista la comercialización de este tipo de vehículos para los próximos años.

Una celda de combustible (fuel cell) es un dispositivo electroquímico que genera electricidad y calor combinando hidrógeno y oxígeno sin ninguna combustión. La electricidad generada se puede emplear para hacer funcionar un motor eléctrico en un automóvil o autobús.

5.4. Situación Nacional de las Celdas de combustible El avance tecnológico más importante de las próximas décadas pasa por el uso del hidrógeno como combustible, sustituyendo el consumo masivo de los combustibles fósiles. De esta manera, utilizando tecnologías basadas en pilas de combustible, conseguiremos sistemas energéticos más eficientes que los actuales y, además respetuosos, con el medio ambiente. La producción y distribución de la energía afecta a todos los sectores de nuestra economía global. Durante las décadas pasadas, el crecimiento de la demanda se ha concentrado en los países miembros de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE). Sin embargo, el aumento en el consumo de energía de las economías emergentes en los últimos años ha sido significativo. El rápido desarrollo de grandes países como China, India o Brasil está suponiendo una gran demanda energética a nivel mundial. Según el informe International Energy Outlook 2013 emitido por la U.S. Energy Information Administration (EIA) se prevé que el consumo energético mundial crecerá un 56% hasta el año 2040.1 .De hecho, según estima dicho estudio, la demanda en países no pertenecientes a la OCDE crecerá un 90% hasta 2040, mientras que el incremento en los países miembros de la OCDE será de apenas el 17%. Además, estas economías emergentes están pasando a ser cada vez más influyentes en los precios globales. Dicho informe también destaca que las energías renovables y la nuclear son las fuentes de energía de más rápido crecimiento a nivel global y aumentarán a un ritmo del 2,5% anual. No obstante, los combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón) continuarán suponiendo cerca del 80% del consumo energético mundial de aquí al año 2040. A pesar de todo, la escasez de los combustibles fósiles, así como la alta emisión de contaminantes que estos producen, hacen necesario que se produzca un cambio tecnológico de manera inminente ya que dicho aumento de la industrialización en el mundo requiere de una producción energética altamente eficiente y sostenible. Las fuentes de energías 96


E nergias R enovables en el Perú renovables, en continuo auge durante las últimas décadas, se presentan como una interesante alternativa. El problema fundamental asociado a las energías renovables (solar – térmica y fotovoltaica – , eólica, hidráulica, geotérmica, etc.) radica en la imposibilidad de almacenarlas, ya que la energía que producen debe ser vertida a la red eléctrica. Una posible solución de almacenamiento sería transformar dicha energía en forma de hidrógeno, que actuaría de vector energético, para ser utilizado posteriormente como combustible. Por todos estos motivos, la aplicación de las tecnologías basadas en pilas de combustible de hidrógeno que son, en principio, más limpias y eficientes que las actuales, se presenta como alternativa al consumo masivo de combustibles fósiles, pudiendo ser este el avance tecnológico más importante de las próximas décadas.

Tabla 1. Diferentes métodos de producción de hidrogeno. Métodos de producción de hidrógeno Actualmente, los métodos de producción de hidrógeno más utilizados necesitan combustibles fósiles como, por ejemplo, el reformado de hidrocarburos ligeros con vapor (steam reforming), la oxidación parcial de hidrocarburos pesados, y la gasificación de carbón. Existen otros métodos en continuo desarrollo, entre los que se encuentran el reformado y pirólisis utilizando biomasa y otros residuos de carbón, el reformado de metanol directo, procesos de fermentación de biomasa, además de algunos métodos de producción biológicos. También es posible producir hidrógeno mediante procesos electroquímicos, como son los métodos de separación de agua fotoelectroquímicos o la electrólisis. De todos ellos, el único disponible comercialmente en la actualidad es la electrólisis. Además, la electrólisis del agua es posiblemente el método de producción de hidrógeno más limpio, especialmente si se combina con una fuente de energía renovable.

Tabla 2. Métodos de almacenamiento de hidrogeno. Como ya se ha comentado anteriormente, la baja densidad energética del hidrógeno hace difícil su almacenamiento. Los métodos más comunes de almacenamiento en la actualidad 97


E nergias R enovables en el Perú son: compresión en fase gaseosa (generalmente a 35 MPa o a 70 MPa), hidrógeno líquido criogénico y almacenamiento sólido formando hidruros metálicos. De los tres, el gas a compresión es el más utilizado, aunque también es el más pesado, por lo que si pensamos en aplicaciones móviles no parece ser el más idóneo. La ventaja de hidrógeno líquido criogénico (LH2) reside en que, al pasar a fase líquida, se consigue aumentar la densidad energética. Se ha probado su utilización comercial como combustible en vehículos y, en el futuro, también se pretende utilizar como combustible en aviones. Otras formas de almacenar hidrógeno líquido son: utilizando soluciones de NaBH4 para su almacenamiento, o utilizando líquidos orgánicos como el C7 H14. Ambas tecnologías son de momento más costosas que las actuales. Por último, el hidrógeno sólido, además de utilizando hidruros metálicos, también se puede almacenar en materiales basados en carbón (nanotubos, nanofibras de C), en zeolitas, o en estructuras metal-orgánicas (MOFs o metal organic frameworks).

Tabla 3. Aplicaciones típicas y esperadas de las celdas de combustible. 5.5. Perspectivas futuras para las pilas de combustible La investigación en pilas de combustible y tecnologías del hidrógeno es un tema de prioridad máxima dentro del actual programa Horizon 2020 de la Unión Europea, así como de los grandes programas de energía en Japón y Estados Unidos. Uno de los sectores que más apuesta por las tecnologías del hidrógeno es el sector automovilístico. Además, es destacable que todas las empresas automovilísticas disponen ya de prototipos de vehículos que funcionan con hidrógeno. En este sentido, la coreana Hyundai anunció a comienzos de 2013 que para el 2015 pretende fabricar en serie vehículos híbridos con la tecnología de las pilas de combustible. En la actualidad existen alrededor de 200 “hidrogeneras” (estaciones de suministro de hidrógeno para vehículos) en funcionamiento en el mundo, la mayor parte en Europa, Estados Unidos y Asia. Por ejemplo, cabe recalcar que la red de suministro alemana, actualmente con 15 hidrogeneras en funcionamiento, pretende expandirse hasta las 400 hidrogeneras para el año 2023, cubriendo la red de carreteras del país entero.16 En contraste, en América Latina apenas existen dos hidrogeneras en funcionamiento (Argentina y Brasil) aunque hay plantas piloto en México y Costa Rica. El potencial de crecimiento de esta tecnología es gran de y se estima que el mercado para vehículos de H2 y sistemas estacionarios de generación combinada de calor y electricidad es de 1600 M$, con un crecimiento del 100% anual. La introducción masiva del automóvil eléctrico en las ciudades implica generación de potencia eléctrica distribuida a la que no puede hacer frente la red eléctrica actual. Una posible solución sería utilizar la red ciudadana de distribución de gas combinada con estaciones SOFC (pilas de combustible de óxido sólido) de recarga de baterías de vehículos. 98


E nergias R enovables en el Perú Así pues, el reto tecnológico más importante de los próximos años deberá ser una nueva sociedad en la que la energía sea suministrada por fuentes renovables, siendo el hidrógeno el vector energético. Por otro lado, es necesario concienciar a la población hacia un ahorro energético, lo cual implica un cambio en el modelo de sociedad. Lo más impredecible es saber cuándo puede ocurrir ya que, aunque la tecnología parece prácticamente lista, razones sociopolíticas impiden un cambio inmediato. A continuación, se muestra el consumo de energía final por sectores y previsiones, para el periodo 1980-2035.

Fuente: Annual Energy Outlook 2012

A este respecto, se muestra la distribución de la población mundial rural y urbana desde 1950 y con las previsiones al 2050. Apreciándose que la población urbana superó, por primera vez, a la rural en el año 2007.

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E nergias R enovables en el Perú Fuente: United Nations.

Por otro lado, las previsiones de crecimiento del mercado mundial del automóvil en millones de vehículos en función de los años y por países, se pone de manifiesto en el siguiente gráfico:

Distribución mundial de materias primas para la producción de Hidrógeno (Richa Kothari, D.Buddhi, R.L Sawhney.)

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6. LA ENERGIZACIÓN RURAL El acceso universal a la energía en el Perú es un problema de exclusión, fundamentalmente rural. Las estadísticas revelan claramente la situación: el 40% de la población rural (cerca de 4 millones de personas) no tiene cobertura eléctrica (Banco Mundial, 2015), un millón de familias (que representan cerca de 5 millones de personas) todavía cocina exclusivamente con leña o bosta (ONU Energía, 2014); y cerca de seis millones de personas en zonas altoandinas y de la selva están consideradas en alto riesgo de salud por la ocurrencia de las heladas y el friaje (Ministerio de Salud, 2015). En este escenario tan poco alentador y a pesar de carecer de un plan nacional de uso y desarrollo de las energías renovables1, las posibilidades de usar fuentes de energía renovable en el Perú son considerables y diversas. Son una alternativa económicamente competitiva, técnicamente confiable, socialmente pertinente y ambientalmente eficiente, que puede contribuir al desafío de superar los niveles de pobreza energética especialmente en las zonas rurales del país. No menos importante: son esenciales como parte de una estrategia de mitigación de emisiones y adaptación frente al cambio climático. Por mucho tiempo, una de las caras menos reconocidas de la pobreza ha sido la escasez energética, es decir, el inadecuado acceso a la energía que restringe el desarrollo de las personas. A finales de la década pasada se evidenció que la priorización — en el marco de la política energética de los Estados — del abastecimiento de energía a las personas que se encuentran en situación de pobreza resultaba ser un elemento sine qua non para lograr los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM). La falta de servicios energéticos confiables vuelve casi imposible la provisión de servicios de salud y de educación de calidad, el acceso al agua limpia se limita seriamente y la seguridad alimentaria se ve afectada de forma adversa (International Energy Agency-WEO, 2011). Esta situación es una grave amenaza para lograr los objetivos de desarrollo de cada país, al limitar severamente el alcance de cualquier intervención orientada a mitigar la pobreza y mejorar la calidad de vida de las personas. Por ello, este hecho llevó a muchos a preguntarse si el acceso sostenible a la energía debería considerarse también entre los ODM (Birol, 2011). En el 2011, la ONU lanzó la iniciativa Energía Sostenible para Todos (SE4ALL, por sus siglas en inglés) con el fin de movilizar a todos los sectores de la sociedad hacia el objetivo de acabar con la falta de acceso a servicios energéticos. La ONU buscó reconocer expresamente el papel fundamental que la provisión de energía sostenible — denominada energización — en el proceso de desarrollo y posicionarla como uno de los elementos determinantes en la lucha contra la pobreza. Se reiteró la necesidad prioritaria de asegurar el acceso al servicio de energía sostenible para las poblaciones pobres; se instó a que los servicios energéticos ofrecidos en estas poblaciones fomenten la productividad y contribuyan con el desarrollo económico, sostenible; y se recomendó, en tanto sea posible, utilizar e innovar el uso de fuentes de energía renovable, así como difundir tecnologías menos contaminantes y optimizar la infraestructura eléctrica para contribuir con la eficiencia energética, entendida como el uso de una cantidad de menor energía para proveer el mismo nivel de servicio, el que ha devenido en una política global. Finalmente, en septiembre de 2015, los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), que buscan contribuir con la eliminación de la pobreza, lograr la equidad y asegurar la sostenibilidad del planeta, consideraron a la energía como uno de sus ejes primordiales y la declararon su objetivo 7, “Energía asequible y no contaminante”. 101


E nergias R enovables en el Perú Entre todos los países de la región, el Perú es uno de los que enfrenta mayores desafíos y dificultades relacionados a resolver los principales aspectos de la pobreza energética (electrificación rural, cocción limpia y confort térmico). Se observan serias dificultades a la hora de cumplir con objetivos vinculados a garantizar que la energía en zonas rurales sea un factor de desarrollo y mejoramiento de la calidad de vida. Este artículo busca presentar esta problemática y el estado de cuestión para luego proponer soluciones que puedan lograr el acceso universal a la energía en el Perú.

6.1. Acceso universal a la energía sostenible En el Perú, el desempeño del sector energético parece ser notable. Así lo evidencian las cifras del Índice de Desempeño de la Arquitectura Energética (EAPI), que mide la sostenibilidad de la energía en términos económicos, sociales y ambientales, con una muestra de 105 países. En el 2016, el EAPI situó al Perú en el puesto 15 a nivel mundial — y en el tercer lugar de América Latina — , superado, en la mayoría de los casos, por países altamente desarrollados. Sin embargo, al analizar el índice desagregado (crecimiento económico, sostenibilidad ambiental, acceso a energía y seguridad energética), se encuentra que — no obstante el notable desempeño del sector energético peruano en términos del impacto de la energía en el crecimiento económico (primer puesto) — cuando se evalúa el impacto de la energía en el medioambiente el desempeño es apenas satisfactorio (puesto 51°); y en lo que respecta al aseguramiento del acceso universal, el nivel de desempeño se desciende considerablemente (puesto 66°). El Índice de Pobreza Energética Multidimensional (MEPI), otro indicador importante, parte de la premisa de que la pobreza energética tiene una naturaleza multidimensional y, a diferencia de indicadores simplificados de conteo que contemplan variables binarias como tener o no tener energía — ratio de cobertura eléctrica o índice de consumo de energía — , evalúa el grado de pobreza energética enfocándose en medir las privaciones de servicios energéticos que la población necesita para superar sus condiciones de vulnerabilidad. A la luz de este índice se aprecia que el Perú presenta dificultades significativas para garantizar el acceso a energía sostenible, es decir, para promover la expansión de la frontera eléctrica, garantizar un servicio de calidad en zonas rurales y urbanas, proveer servicios energéticos modernos y limpios para la cocción y la calefacción de ambientes, y en general para asegurar una oferta energética sostenible.

6.2. Problemática y estado de la situación En el 2006 se crea la Dirección General de Electrificación Rural (DGER) en el Ministerio de Energía y Minas (Minem), que fusionaba al Fondo Nacional de Electrificación Rural (Foner) y la Dirección de Ejecución de Proyectos (DEP), con el fin de optimizar las intervenciones en materia de abastecimiento de energía en el ámbito rural. En ese mismo año se promulgó la Ley General de Electrificación Rural, la primera que se enfocó exclusivamente en esta problemática. En dicha Ley se declaró “de necesidad nacional y utilidad pública la electrificación de zonas rurales, localidades aisladas y de frontera del país” , con el fin de reducir la pobreza, frenar la migración y mejorar la calidad de vida y el bienestar del poblador rural (Minem, 2013). Asimismo, se crearon los sistemas eléctricos rurales (SER), a desarrollarse en zonas de preferente interés social, que pasaron a constituir un nuevo sector con una tarifa eléctrica rural específica. Por otro lado, se determinó implementar un sistema de subsidio cruzado 102


E nergias R enovables en el Perú mediante el Fondo de Compensación Social Eléctrica (FOSE) para los clientes de los SER. Adicionalmente se ratificó a la DGER como el ente competente promotor de obras de electrificación rural y se determinó que las obras sean transferidas, a título gratuito, a las empresas concesionarias o, en su defecto, a la Empresa Pública de Administración de Infraestructura Eléctrica (Adinelsa). En el 2007 se inició el Proyecto de Mejoramiento de la Electrificación Rural, con la entrega de subsidios para ejecutar proyectos de electrificación rural. De manera similar, en el 2008 se implementó el programa Luz para Todos mediante recursos (S/100 millones) transferidos del Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería (Osinergmin), que consistió en ejecutar, mejorar y rehabilitar las obras de los SER. Con todo ello, para finales del 2009, se logró un coeficiente de electrificación rural de 55%. Luego del 2010, los esfuerzos orientados a lograr el acceso universal a la energía aumentaron significativamente. En el 2012, con la aprobación e implementación del Fondo de Inclusión Social Energética (FISE), a cargo del Osinergmin, se apuntó a generar oportunidades para el acceso a gas licuado de petróleo (GLP), la masificación de gas natural (GN) y la ampliación de la frontera energética. El Plan de Acceso Universal a la Energía 2013-2022 (Decreto Supremo N° 064-2010MEM), sobre la base de lo establecido en el FISE, reúne lineamientos orientados a cerrar la brecha de provisión de servicios públicos de energía, en concordancia con lo propuesto por la iniciativa SE4ALL. Así, se empezó por definir el acceso universal a la energía como la “garantía básica de la prestación de un conjunto determinado de servicios de energía en todo el territorio peruano”. Cabe mencionar sin embargo que, si bien el FISE ha desarrollado los objetivos relativos al Gas Licuado de Petróleo2 y en menor medida al Gas Natural, su desempeño ha sido prácticamente nulo en lo referente a nuevos suministros energéticos, como los sistemas fotovoltaicos, biodigestores, entre otros. No obstante, existen diversas experiencias lideradas por instituciones privadas, organismos no gubernamentales, instituciones académicas y de la cooperación, las cuales han generado aportes puntuales e importantes para mejorar el acceso a la energía en el área rural. Estas iniciativas han permitido identificar aportes tecnológicos, de capacitación y gestión de servicios eléctricos descentralizados, los cuales deben ser tomados en cuenta en la perspectiva de lograr el acceso universal.

6.3. Propuesta para alcanzar el acceso universal a la energía en el Perú En el año 1993, mediante DS Nº 021-93-EM, se creó la Dirección Ejecutiva de Proyectos (DEP), como unidad ejecutora del MEM, encargada de la ejecución de proyectos de electrificación en zonas rurales, aisladas y de frontera a nivel nacional. Por DS N° 026-2007-EM se creó la Dirección General de Electrificación Rural -DGER como organismo nacional competente en materia de electrificación rural. Su organización se hizo fusionando la DEP y la Dirección de Fondos Concursables (ex FONER), que la integran como Direcciones de Línea.

103



Figura 1. Entidades involucradas en la Electrificación Rural. 6.3.1. Evolución y comportamiento de la Electrificación Rural El MEM ha venido ejecutando obras de electrificación, utilizando para ello, diversas tecnologías aplicadas sobre la base de una selección de fuentes de energía, que consideran como primera alternativa la extensión de redes del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) y la de los Sistemas Aislados (SSAA), a partir de las cuales se desarrollan los Sistemas Eléctricos Rurales.

Desde el inicio de las actividades a cargo del MEM, el Coeficiente de Electrificación ha mantenido un crecimiento sostenido a nivel Nacional y Rural. Los coeficientes de electrificación de acuerdo con los resultados del censo del año 1993 fueron: Nacional 54.9%, Urbano 77% y Rural 7.7%. De acuerdo con los 104


E nergias R enovables en el Perú resultados del censo del año 2007 se tienen los siguientes valores: Nacional 74.1%, Urbano 89.1% y Rural 29.5%. Al finalizar el año 2012, se han estimado las siguientes coberturas: Nacional 87,2% y Rural 63%. Con la finalidad de revertir esta situación, el Estado a través del Ministerio de Energía y Minas ha venido ejecutando el programa de electrificación rural, utilizando para ellos diversas tecnologías aplicable a esa realidad, sobre la base de una selección de fuentes de energía, las mismas que consideran en primer término la extensión de redes del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) y/o la de los Sistemas Aislados (SSAA), a partir de las cuales se desarrollan los Sistemas Eléctricos Rurales (SER’s). La imposibilidad o inconveniencia técnica y/o económica de conectarse a los grandes sistemas eléctricos, determina priorizar el uso de fuentes de energía hidráulica a través de la construcción de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH’s) y sus sistemas eléctricos asociados, principalmente en las zonas ubicadas desde los andes hacia las vertientes occidentales y orientales donde existen recursos hidráulicos y caídas de agua; y en menor grado a la instalación de pequeños grupos electrógenos (de uso temporal y/o en casos de emergencia). La inexistencia de recursos hídricos determina a la fuente de energía solar como la tercera alternativa tecnológica para la solución de las necesidades de electrificación rural vía la implementación de los Sistemas Fotovoltaicos (SF) de uso doméstico o comunal, preferentemente en áreas geográficas con potenciales solares como en la zona de selva. Finalmente, la fuente de energía eólica es la cuarta alternativa cuya aplicación por ser relativamente nueva se viene estudiando su uso para fines de electrificación rural, cuyas zonas preferentemente se ubican en los valles intermedios y en las cercanías del litoral de la costa. En el actual contexto mundial de la conservación del medio ambiente, se viene consolidando la utilización de las energías renovables y adecuando su aplicación como alternativa de solución a la problemática, en términos económicos, de la electrificación de zonas aisladas. En el Perú, en años recientes, se han desarrollado proyectos basándose en la energía solar fotovoltaica, impulsada prioritariamente para atender las necesidades básicas de energía en zonas aisladas, rurales y de frontera, habiéndose instalado a nivel nacional, paneles solares domésticos y comunales para dotar de suministro eléctrico a viviendas, locales comunales e instituciones públicas, según sea el caso. De acuerdo a la necesidad y en casos puntuales, se evaluarán nuevas tecnologías como las microturbinas, que utilizan la energía cinética de los ríos, y los que picosolares con paneles solares para servicios básicos de iluminación y comunicaciones. A nivel de Usos Productivos, se promueve el uso más intensivo de la electricidad en áreas rurales del país, en actividades productivas, negocios rurales, difundiendo los beneficios de la energía eléctrica, para contribuir a incrementar la productividad y mejorar las condiciones de vida en las comunidades rurales. En este proyecto se desarrollaron varias cadenas productivas en café, cacao, té, procesamiento de granos, panadería, ganadería y lácteos. Aplicando esta metodología inicialmente se han desarrollado tres proyectos pilotos en Cusco, Junín y sierra de Lima. En tal sentido, la Ley General de Electrificación Rural y su Reglamento, prevén recursos económicos que permitirán una base de 105


E nergias R enovables en el Perú financiamiento, la que además requerirá de aportes del Tesoro Público, Recursos Directamente Recaudados, Recursos Determinados, Operaciones Oficiales de endeudamiento externo y de Entidades públicas y privadas, nacionales y extranjeras.

6.4. Desarrollo de Proyectos de Electrificación Rural Según la Matriz Energética del Perú elaborada por el MINEM las fuentes primarias de energía más empleadas para la producción de fuentes secundarias (energía eléctrica) y para el consumo final son petróleo y líquidos de gas natural (46%), gas natural (27%), biomasa (13%), hidroenergía (11%) y carbón (4%). El 42% de toda la energía producida en el país va destinada al caótico sector transporte, que emplea en su mayoría petróleo (91%) y gas natural (8%). Por otro lado, el sector industrial se apoya casi en igual medida en la energía eléctrica (36%) que en el petróleo (31%), con un aumento en el uso del gas natural (16%) debido a la conversión de instalaciones industriales. Es un gran reto reducir el uso de combustibles fósiles. Las energías primarias son aquellas provistas por la naturaleza de forma directa (las cuales no pasan por ningún proceso de transformación). En el Perú las principales fuentes de energía primarias son la hidroenergía, el petróleo crudo, el gas natural, el carbón mineral, la leña y los residuos vegetales y animales. Las energías secundarias son aquellas que provienen de diferentes centros de transformación, como la energía eléctrica de las centrales de generación o el diésel producido en las refinerías de combustibles. Tienen como principal característica su uso directo en los diferentes sectores de consumo (industrial, comercial o doméstico) o en otros centros de transformación (como el caso del diésel que es obtenido de la refinería para su empleo en una central térmica). En el Perú se tiene entre las principales fuentes de energías secundarias al diésel, la electricidad, el GLP, las gasolinas. La iniciativa SE4All llevó a comprometer a todas las naciones a duplicar el porcentaje de utilización de energías renovables para el 2030, a lo cual se suma la ratificación de los acuerdos de París 2015 y los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas. El Perú, al asumir y ratificar estos compromisos (vinculados entre sí), se ve en la necesidad de desplegar los mayores esfuerzos y trabajar sinergias entre las entidades gubernamentales y el sector privado, para cumplir las metas y compromisos internacionales y sobre todo para asegurar la ejecución de los nuevos retos de competitividad, productividad y sustentabilidad. Desde el 2008, con el Decreto Legislativo 1002, el Perú ha desplegado esfuerzos hacia el desarrollo del mercado de energías renovables mediante subastas y continúa, actualmente, buscando optimizar el proceso. Así, se ha evidenciado que los productos y servicios relacionados a las energías renovables constituyen un segmento de rápido crecimiento, debido a que los costos de las tecnologías para obtener energía han disminuido rápidamente, en particular la tecnología solar fotovoltaica y la energía eólica, siendo más competitivas que los combustibles fósiles, al mismo tiempo que reducen el riesgo al cambio climático y mejoran la seguridad y la equidad energética en poblaciones vulnerables. El incursionar y descubrir un mercado nuevo representa un desafío significativo vinculado a la necesidad de innovar y cambiar radicalmente el modelo de gestión de los recursos energéticos, con respecto al modelo centralizado, vigente desde hace más de 100 años. Esto implica un cambio en la forma de pensar de los funcionarios, que 106


E nergias R enovables en el Perú no siempre son abiertos a las nuevas ideas y prácticas. Precisamente, esta actitud presenta serias dificultades para asumir los nuevos modelos para la provisión de servicios, pues se consideran bajos o nulos los niveles de rentabilidad de las intervenciones, mucho más, si se trata de zonas vulnerables, lo cual hace a los proyectos muy poco atractivos para la inversión (Gamio & Eisman, 2016). Ante ello, el uso de energías renovables se presenta como una alternativa económicamente competitiva, técnicamente fiable, socialmente pertinente y ambientalmente eficiente para su aprovechamiento en el desafío del crecimiento sustentable del mercado y de la superación de los niveles de pobreza energética en zonas rurales de todo el país. La idoneidad de las fuentes de energía renovables se sustenta, fundamentalmente, en sus menores costos, su naturaleza inagotable, su carácter autónomo como fuente de energía, así como en la potencial reducción de la dependencia energética, en la promoción del desarrollo local y en su reducido impacto al medio ambiente.

6.4.1. Capacidades actuales y potenciales para la utilización de energías renovables Sobre la capacidad del país respecto a energía renovable, a continuación, se describe la situación según el tipo de energía renovable

a) Energía Solar El nivel de irradiación diaria por año se registra en 250 watts por metro cuadrado (W/m2). Se estima un potencial aprovechable no menor a 25,000 MW. El Atlas de Energía Solar del Perú (SENAMHI, 2003) establece que la zona de mayor potencial del país se encuentra en las regiones de Arequipa, Moquegua y Tacna (entre los 16° y 18° de latitud sur), con un promedio anual de energía solar incidente diaria que estaría en un rango de 6.0 a 6.5 kW.h/m2. Otras zonas con alta disponibilidad diaria, entre 5.5 a 6.0 kW.h/m2, se encontrarían en la costa norte, en las regiones de Piura y Tumbes (entre los 3° y 8° de latitud sur), y en gran parte de la sierra, sobre los 2.500 msnm. La zona de menores valores de energía solar en el Perú es la selva, en las regiones de Loreto, Ucayali y Madre de Dios, que registran valores de 4.5 a 5.0 kW.h/m2, con una zona de mínimos valores en el norte de la región Loreto (entre los 0° y 2° de latitud sur). No obstante, la alta dispersión de las poblaciones en estas zonas y su particular geografía (escasez de caídas hidráulicas y de recurso eólico) determinan que muchas veces la energía solar fotovoltaica sea la opción más conveniente, a pesar de la menor disponibilidad.

b) Energía Eólica El Atlas Eólico del Perú muestra que las fuentes eólicas se ubican a 80 metros de altura. Se estima que el potencial de energía eólica del país es de 77,000 MW, de los cuales 22,000 podrían ser explotados (Mendoza, 2012). Pese al significativo potencial, la contribución de la energía eólica al sistema interconectado actual es muy limitada. A la fecha, solo han sido instaladas por el Estado dos demostraciones de turbinas, lo cual no ha variado desde el año 1990. Sin embargo, casi 1,000 GWh/año de energía eólica será añadida en los siguientes años por medio de una subasta. Aún más, el Plan Nacional de Electrificación Rural (PNER) 20132022 incluye una inversión total de US$ 38 millones en pequeños proyectos de energía eólica fuera de la red, que podría beneficiar a 167 comunidades. 107



c) Energía Geotérmica El país forma parte del Cinturón de Fuego del Pacífico, caracterizado por frecuentes movimientos tectónicos. El Atlas Geotérmico del Perú muestra la locación de seis áreas con potencial geotérmico: el mayor potencial geotérmico está concentrado en Cajamarca, Huaraz (Áncash y La Libertad), Churín (en Lima, Pasco y Huánuco) y la zona centro (Huánuco, Huancavelica y Ayacucho). Asimismo, se evidencia una alta concentración en las cadenas de volcanes de Ayacucho, Apurímac, Arequipa, Moquegua y Tacna, así como en Puno y Cusco. Como requerimiento del MINEM, en el año 2007 la Agencia Japonesa de Cooperación Internacional (JICA) completó un plan maestro para el desarrollo de la energía geotérmica en el país. Este plan evaluaba el potencial geotérmico de 61 campos geotérmicos de alrededor de 3,000 MW (Mendoza, 2011) . El estudio encontró que trece de estos campos tenían un potencial energético sustancial, el cual llegaba a los 8,000 MW. Al definir el potencial energético y la locación de los campos geotérmicos, el plan maestro proveía una guía para desarrollar la futura implementación de dichos proyectos. Luego, se recibieron solicitudes para explorar 40 campos más, de los cuales se concedió el acceso a 14 d) Energía hídrica El potencial energético de las fuentes hídricas ha sido estimado en casi 70,000 MW, concentrado fundamentalmente en la cuenca del Atlántico. Luego, las pequeñas hidroeléctricas conectadas al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN), generaron casi 500 GWh/año en el 2012 (ProInversión, 2013). Durante las dos subastas de energías renovables, se concedieron proyectos hidroeléctricos por una capacidad total de 282MW (OSINERGMIN, 2013). El potencial energético de las fuentes hídricas ha sido estimado en 69,445 MW, concentrado fundamentalmente en la cuenca del Atlántico. Las pequeñas hidroeléctricas conectadas al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN), generaron casi 500 GWh/año en el 2012 (ProInversión, 2013). Durante las dos primeras subastas de energías renovables, se concedieron proyectos hidroeléctricos por una capacidad total de 282MW (OSINERGMIN, 2013). El agua es la principal energía renovable del Perú, habiéndose desarrollado un conjunto de centrales hidroeléctricas que han significado un importante ahorro de recursos y menor contaminación para el país. Dentro de los diferentes tipos de centrales, la de pasada (que usa parte del flujo de un río para generar energía eléctrica) es la que más se ha usado en el país. En la década del 70, en el marco del Programa de Cooperación Energética Peruano - Alemana, se realizó una evaluación del potencial hidroeléctrico nacional (GTZ & LIS, 1979), revisando alrededor de 800 proyectos hidroeléctricos con una potencia mínima de 30 MW, y seleccionándose finalmente 328 proyectos que cumplían con los criterios de viabilidad definidos.

e) Bioenergía El Perú actualmente produce combustibles líquidos de primera generación y recursos biomásicos potenciales para la producción de combustibles de segunda generación. Los cultivos más pertinentes para la producción de etanol en el país son la caña de azúcar y el sorgo. No obstante, el aceite de palma, el pino blanco, la jatrofa, el castor bean, el grano de soya, 108


E nergias R enovables en el Perú el maní y el girasol, todos poseen potencial para convertirse en materia prima de biodiesel (SNV, Research Institute of the Peruvian Amazon (IIAP), 2007). En el 2011 se publicó “El Estado de Arte de la Bioenergía en el Perú”, que indicó que la única semilla de aceite producida a escala comercial es la palma aceitera africana, producida en algunas áreas de la Amazonía. Por su parte, el pino blanco y el castor bean son adaptables a varios climas, así es que se espera que su producción aumente a escala comercial. Además, vale la pena mencionar que, a finales del año 2015, se dio inicio al proceso de formulación consensuada de una Acción de Mitigación Apropiada a cada País (NAMA por sus siglas en inglés) para la palma aceitera, al haber sido considerada uno de los cultivos con mayor impacto en los niveles de deforestación a nivel nacional, con lo cual se pone en duda la proyección de expansión del cultivo en las condiciones del proceso productivo que se manejan actualmente (MINAGRI, 2016). Perú tiene potencial de instalar 177 MW en plantas de energía de biomasa convencional y 51 MW en plantas de biogás (Mendoza, 2011). En ese sentido, 160 GWh/año de bioenergía ya fueron concedidos durante las dos primeras subastas de energía renovable (OSINERGMIN, 2013). Además, teniendo en cuenta que la demanda doméstica de combustibles fósiles ha venido creciendo a un ritmo constante, particularmente como resultado de la presión incremental para el transporte público, los biocombustibles podrían representar una alternativa de energía renovable para el sector transporte. Como se observa, existe potencial para el aprovechamiento de las energías solar, eólica, hidráulica, biomasa, biogás y geotérmica. A modo de resumen, a continuación se indica el potencial de algunas de estas energías, el cual deberá ser aprovechado, si se quiere lograr la meta de una matriz energética compuesta en un 20% de energías renovables para el año 2030.

Tabla 1. Potencial de energías renovables del Perú. f) SISTEMAS CONVENCIONALES: Proyectos de extensión de redes eléctricas. 

g) SISTEMAS NO CONVENCIONALES: 109


E nergias R enovables en el Perú Utilización de las fuentes de energías renovables:    

Pequeñas Centrales Hidroeléctricas Módulos Individuales Fotovoltáicos SFV. Aerogeneradores Otras fuentes o tecnología que demuestre ser técnica y económicamente adecuada, por ejemplo, biomasa, geotérmica.

6.4.2. Experiencias Nacionales En Electrificación Rural En el caso del Perú, la tecnología fotovoltaica viene siendo implementada fundamentalmente a nivel de zonas rurales aisladas (a partir de año 1,986), es decir hace 23 años. Se han venido implementando proyectos con participación de diferentes organizaciones privadas y públicas, con el apoyo de la Cooperación Internacional, así como con recursos del Estado. Las tecnologías utilizadas cada vez son mejores que permiten mejores rendimientos y reducción de costos. En lo que se refiere a la sostenibilidad de los proyectos ejecutados han tenido problemas, salvo excepciones (Taquile, Los Uros, etc.). Implementados los proyectos, no se han definido adecuadamente la Gestión de administración de los mismos. Los costos de reposición de equipos, operación y mantenimiento, han sido definidos de diferentes formas, unos muy diferentes de otros, generándose desorientación y probablemente falta de credibilidad, en la población beneficiada. La DFC de la DGER mediante el Proyecto FONER del MEM desarrolló dos consultorías con PROYECTOS SFV CON MODELO OPERACIONAL SOSTENIBLE: 

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Proyecto SFVL a Matanza y SFV Chulucanas, con la Empresa Electronor Oeste S.A.-ENOSA, en la Región Piura Proyecto SFV Indiana Amazonas y SFV Mazán, con la Empresa Electro Oriente S.A. – ELORSA, en la Región Loreto. 110



6.4.2.1. Proyecto Energía, Desarrollo y Vida EnDev – Perú a) Se fortalece la oferta de cocinas mejoradas en Perú La estrategia de EnDev/GIZ para contribuir a crear un mercado de cocinas mejoradas en el país ha sido dinámica. Entre los años 2009 y 2011, los esfuerzos de esta tecnología. En ese contexto, el gobierno asume funciones regulatorias (normas, leyes y estándares de calidad), funciones de apoyo (campañas informativas) y funciones de financiamiento (subsidios temporales) dirigidas a una demanda focalizada en hogares pobres y pobres extremos. Entre los años 2012 y 2014, y teniendo como premisa la creación de veinte empresas productoras de cocinas mejoradas, EnDev/GIZ dedicó sus acciones principalmente a fortalecer la oferta de estas tecnologías, logrando que e continúe atendiendo la demanda de los programas sociales y a la vez la demanda de hogares no pobres (demanda restante). En se concentraron en reducir las imperfecciones de mercado de CM, relacionadas principalmente con la escasa información concerniente a la demanda este mismo período se identificó un nuevo desafío para el mercado de cocinas mejoradas, que era la ausencia de modelos de financiamiento dirigidos tanto a la oferta como a la demanda. EnDev logró que las Instituciones Microfinancieras incorporen dentro de la cartera de sus productos a tecnologías de acceso básico energético como las cocinas mejoradas.

Actualmente, EnDev/GIZ sigue brindando asistencia técnica a los programas sociales del gobierno y a empresarios o emprendedores de CM, promoviendo el acceso a nuevos modelos eficientes, a fin de lograr la adopción de dichas tecnologías.

Conclusiones de la Experiencia: •

Según estudios realizados por EnDev/GIZ en 2013 y Berkeley Air Monitoring Group en 2016 se hace necesario seguir trabajando en los servicios post instalación de CM (identificar a los actores que vendan los materiales y partes de 111



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las CM, así como al personal que realice dicho trabajo), a fin de garantizar la adopción y sostenibilidad de los proyectos. En la implementación de los proyectos, tan importante como el control de calidad de los materiales, que deben contar con los requisitos técnicos mínimos, es también la calificación de las capacidades del personal operario, de manera que se asegure la calidad de la instalación de las CM, a fin de garantizar la estandarización de las tecnologías y sus beneficios. Actualmente EnDev/GIZ, en base a la experiencia obtenida, refuerza a los diferentes actores en cada eslabón de la cadena de comercialización de CM para optimizar los procesos y superar las barreras actuales del mercado.

b) Acceso a electricidad para el hogar rural El Proyecto EnDev/GIZ viene implementando desde el 2009 la iniciativa Casa Segura Rural, que facilita el acceso de electrificación rural a través de tres componentes: 1) La facilitación del acceso a la red promoviendo el mercado de servicios energéticos a través de las instalaciones entre el medidor y la llave general de la vivienda y las instalaciones al interior de la vivienda. 2) La promoción de instalación y uso de sistemas fuera de la red (sistemas fotovoltaicos domésticos y microturbina) 3) El apoyo al desarrollo del mercado minorista rural de las TABE, acercando a la demanda y la oferta. El proyecto trabaja en crear conciencia para aumentar la demanda de técnicos calificados y capacitados para suministrar servicios, e involucra a las entidades públicas para promover la iniciativa. Así mismo se promueve la introducción de sistemas fotovoltaicos domésticos y sistemas pico fotovoltaicos.

Conclusiones de la Experiencia: La transferencia de la iniciativa Casa Segura Rural a los actores nacionales, regionales y locales contribuye en la sostenibilidad de las intervenciones a través de la educación, población y del aseguramiento de sistemas postventa. El desarrollo de capacidades a pobladores locales asegura la oferta de mano de obra calificada para realizar las instalaciones domiciliarias y las ampliaciones en las localidades rurales. El desarrollo del mercado de las TABE satisface necesidades primarias de acceso a iluminación y comunicación de pobladores rurales. El involucramiento y la articulación de los actores nacionales, regionales y locales facilita los procesos de intervención, permitiendo así acelerar el acceso a la energía eléctrica. •

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E nergias R enovables en el Perú Incorporar la venta de materiales de calidad a la oferta de servicios energéticos brindada por los pobladores locales capacitados, permite acelerar el acceso a la energía eléctrica en los hogares beneficiados por los proyectos de electrificación rural. 6.4.2.2. Parque Eólico Tres Hermanas Marcona a) Parques eólicos pioneros en la generación eléctrica en Perú •

El proyecto consiste en la construcción, operación y mantenimiento de dos parques eólicos: el Parque Eólico Marcona (32MW) y el Parque Eólico Tres Hermanas (90MW) ubicados en la provincia de Nazca, departamento de Ica. Ambos parques eólicos cuentan con aerogeneradores que venden el 100% de su energía al sistema eléctrico nacional, según contratos para el suministro de energía eléctrica por 20 años, con el gobierno del Perú.

Al momento de encarar estos proyectos no había ningún precedente en el país. Por ello, se realizó mucho trabajo de comunicación, la cual permitió derribar las barreras existentes, tanto técnicas como de desconocimiento o prejuicios. Así se consiguió un objetivo exitoso, el cual se traduce en dos parques eólicos completamente operativos, que cuentan con factores de planta que los sitúan en la élite mundial.

Conclusiones de la experiencia: Considerando la experiencia brindada por estos proyectos, el Perú debe seguir apostando por tecnologías con recursos energéticos renovables no convencionales, las cuales han demostrado su fiabilidad y competitividad. En ese sentido, el país cuenta con recursos naturales envidiables a nivel global, los cuales deben ser aprovechados para diversificar la generación de energía y dotar de mayor robustez e independencia al sistema eléctrico nacional.

6.4.2.3. Soluciones Practicas Tecnologías Desafiando a la Pobreza a) Generación eléctrica a partir de residuos orgánicos Es difícil encontrar comunidades aisladas que obtengan energía eléctrica a través de un sistema de generación basado en la producción de biogás. La comunidad de Santa Rosillo, en la selva amazónica peruana, lo hace a través de la gestión comunitaria de un sistema de generación de energía aislado. El sistema consta de dos biodigestores de 75 m3 cada uno, un sistema de generación de 16 kW a biogás y una micro red local. La energía generada es utilizada para fines domésticos y productivos, beneficiando a 42 familias. El sistema es alimentado por los residuos producidos por 60 cabezas de ganado criados por la comunidad. El 113


E nergias R enovables en el Perú proyecto constó de varias etapas: 1) Diagnóstico de la comunidad. 2) Reuniones de coordinación. 3) Diseño, dimensionamiento y preparación del expediente técnico. 4) Compra e instalación del sistema. 5) Implementación del modelo de gestión. Así, el proyecto fue financiado por FACT Foundation y CORDAID; además, parte de la experiencia se ha desarrollado junto a la Dirección Regional de Energía y Minas de San Martín, que financió la instalación de las redes de distribución.

Conclusiones de la experiencia: El modelo de gestión, como parte indispensable de la sostenibilidad, tiene que trabajarse antes, durante y después de la implementación de la parte técnica. Es necesario que los beneficiarios se apropien de la tecnología existente y para ello se tiene que trabajar de manera continua en la incorporación de un sistema sostenible que permita la administración, operación y mantenimiento del sistema. Los productos de conocimiento, tales como guías y cartillas informativas, deben estar preparados de acuerdo a las habilidades y el nivel de educación del público al cual están dirigidos. En el proyecto se comprobó que los pobladores no estaban acostumbrados a leer, por lo que se optó por trabajar en base a historietas. El proyecto demostró llegar a una situación viable en términos técnicos, sociales, ambientales y económicos. En el caso de réplicas, es factible disminuir el nivel de costos, por ejemplo, a través de: reducir los costos de acompañamiento al tener sistematizada la experiencia; la reducción de costos de inversión utilizando materiales locales disponibles; la reducción de costos de instalación de sistemas, construyendo sólo la infraestructura mínima necesaria. •

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6.4.2.4. Acciona Microenergía Luz en casa a) Energía Eléctrica para Todos los peruanos al 2021 Con sistemas fotovoltaicos de tercera generación (SFD3G) y modelos de gestión basados en Centros de Atención al Usuario (CAU) se puede llegar al 100% de los peruanos con al menos un nivel básico de electrificación (Iluminación, carga de celular, ventilador, radio o TV), de forma sostenible, asequible a los más pobres y con un coste del orden de la décima parte del que se viene invirtiendo con extensión de redes.

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E nergias R enovables en el Perú La experiencia acumulada de ACCIONA Microenergía desde el 2009, primero como proveedor del servicio público de electricidad a 3.900 hogares en Cajamarca, demostrando que es viable, sostenible y asequible la electrificación rural aislada mediante Sistemas Fotovoltaicos Domiciliarios, y después con las experiencias de más de 7.500 SFD3G y los proyectos en ejecución en la Amazonía, avala la solución propuesta para hacer realidad el acceso universal a la energía eléctrica en el Perú antes del 2021.

Conclusiones de la experiencia •

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El acceso a la energía es un derecho, requisito indispensable para la lucha contra la pobreza y para el desarrollo humano. Existe tecnología moderna que permite la electrificación en comunidades rurales aisladas, con energías renovables y de forma sostenible y asequible; lo innovador es implementar modelos sostenibles en estas poblaciones. Es necesario que las instituciones del Estado desarrollen la tarifa fotovoltaica aislada para sistemas de tercera generación, y que se promocione la incorporación de nuevos actores como proveedores rurales del servicio eléctrico básico. ACCIONA Microenergía Perú apuesta por la sostenibilidad económica, social y ambiental en todas sus intervenciones, con un planteamiento centrado en el servicio (microempresa social de servicio). Electrificar de forma sostenible es más que “instalar equipos y capacitar usuarios”. Para aquellos lugares donde no es posible la instalación de redes, existen soluciones tecnológicas y modelos replicables, siempre que exista voluntad política.

En conclusión, el objetivo del desarrollo del país esta principalmente encaminado a la inclusión de todos los sectores de la población y respuesta a ello se han diseñado una multitud de proyectos a fin del desarrollo de la nación:

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Figura 3. Empresas Participantes y promotoras de proyectos para la mejora de calidad de vida en el Perú.

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BIBLIOGRAFIA PLAN ENERGÉTICO NACIONAL 2014-2025 – Ministerio de Energía y Minas. BIOECNOMIA – REGION CENTRO BIORREFINERIAS E INTEGRACION INDUSTRIAL- EL MERCADO MUNDIAL DE BIOCOMBUSTIBLES. Junio del 2015 Víctor A. Castro. BIOCOMBUSTIBLES Perspectivas del Mercado Mundial. Situación en Argentina-Diciembre 2014. IMPACTO SOCIAL Y ECONÓMICO EN EL USO DE BIOCOMBUSTIBLES - J. Technol. Manag. Innov. 2011. MANUAL DE BIOGAS - Chile: Remoción de Barreras para la Electrificación Rural con Energías Renovables” 2011. BIOCOMBUSTIBLES Y COMERCIO INTERNACIONAL: UNA PERSPECTIVA LATINOAMERICANA – André Furtado 2009. LOS BIOCOMBUSTIBLES - El Cotidiano – 2009. REALIDAD, IMPACTO Y OPORTUNIDADES DE LOS BIOCOMBUSTIBLES EN GUATEMALA (SECTOR PRODUCTIVO)” – Servicios Manufactureros 2011. LA DIGESTIÓN ANAEROBICA, ASPECTOS TEÓRICOS. PARTE I Yaniris Lorenzo Acosta y Ma Cristina Obaya Abreu 2005. DIGESTIÓN ANAEROBIA Agro Waste 2007. APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA ALTERNATIVA A LOS COMBUSTIBLES FÓSILES Arturo Romero Salvador 2010. ESTUDIO SOBRE LA SITUACIÓN DE LOS BIOCOMBUSTIBLES EN EL PERÚ Soluciones Prácticas – ITDG para Oxfam Internacional – Junio 2008. POTENCIAL DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES EN EL PERÚ Ing. Roberto Tamayo Pereyra – octubre 2011. BALANCE DE ENERGIA NACIONAL 2014 Osinergmin – 2014. LA INDUSTRIA DE LA ELECTRICIDAD EN EL PERU Osinergmin. - 2016. MICRO CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Ing. Daniel Muguerza – 2004. MANUAL DE MINI Y MICRO CENTRALES HIDROELECTRICAS Teodoro Sanchéz y Javier Ramirez Gaston – 1995. MICROCENTRALES HIDROELÉCTRICAS Una alternativa para el desarrollo rural - Soluciones Prácticas – 2011. MICROCENTRALES HIDROELECTRICAS - Carlos A. Fernández-Jáuregui – 1997. MICROCENTRALES HIDROELECTRICAS EN PAISES EN DESARROLLO - Godfrey Cromwell Y Otros – 2001. PLAN ENERGÉTICO NACIONAL 2014-2025 – Osinergmin – 2016. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA GEOTÉRMICA? - Mary H. Dickson y Mario Fanelli 2004. ENERGÍA GEOTÉRMICA - División de Geotermia - Julio, 2007 DISEÑO DE UNA PLANTA GEOTÉRMICA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA DE 50MW - Luis Felipe Córdova Zapata – 2005. ENERGÍA GEOTÉRMICA - Édgar Santoyo y Rosa María Barragán-Reyes – junio 2010. PLAN DE DESAROOLO ENERGÉTICO GEOTERMICO EN EL PERÚ – INGEMET – 2004. 117


2do Trabajo Encargado Energias Alternativas-Dirigido

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