UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Avenida Túpac Amaru N° 2010, Rímac-Lima Teléfono: (+51) 481-1070, Página web: http://fiee.uni.edu.pe
GENERACIÓN DISTRIBUIDA EFICIENTE MEDIANTE EL USO DE ENERGÍAS RENOVABLES AUTORES: PERALTA BENITES VÍCTOR ANTONIO (Código UNI: 20127051A) NAVARRO LA ROSA ROSA ANGEL ALFONSO ALFONSO (Código UNI: 20112081G) REVISADO POR: ING. ALBERTO SANDOVAL RODRIGUEZ
2017 – LIMA LIMA - PERÚ
CONTENIDO 1234-
PRÓLOGO…………………………………………………………………………1 INTRODUCCIÓN………………………………….…………………………..….2 PLANTEAMIENTO DE ESTUDIO …………….…………………….……….....3 OBJETIVOS…………………………………………………………….…………3 3.1) OBJETIVO PRINCIPAL……………………………………………..…...…3 …………………………...……………..…….3 3.2) OBJETIVOS ESPECÍFICOS …………………………...……………..…….3 5- GENERACIÓN DISTRIBUIDA ……………….……………………..………......4 ………………………………………………………...……..4 5.1) DEFINICIÓN ………………………………………………………...……..4 5.2) PANORAMA MUNDIAL MUNDIAL………………………………………………..…..5 5.3) RELACIÓN ENTRE LA LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA DISTRIBUIDA Y LAS ENERGÍAS ENERGÍAS RENOVABLES …………. ………….………………………………………………..…..6 6- PRINCIPALES RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES EN EL PERÚ 6.1) RER: SOLAR………………………………………………………………...6 6.1.1) SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A LA RED ……...……..8 6.2) RER: EÓLICO…………………………………………….…….………….10 6.2.1) MICROGENERACIÓN EÓLICA ……………………….…………..10 6.3) RER: HIDRÁULICO……………………………………………...………..11 …………………………...12 6.3.1) MINICENTRALES MINIHIDRÁULICAS …………………………...12 6.4) RER: BIOMASA……………………………………………………………12 ……………………………………………...………………14 6.5) RER: BIOGÁS ……………………………………………...………………14 7- SISTEMA ELÉCTRICO CON GENERACIÓN DISTRIBUIDA .....................15 ……………………………………………………………..15 7.1) SMART GRIDS ……………………………………………………………..15 …………………………………………………………..17 7.2) SMART METERS …………………………………………………………..17 8- BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA ………………….…...18 ………………………...…18 8.1) BENEFICIOS PARA LOS USUARIOS FINALES ………………………...…18 8.2) BENEFICIOS PARA EL SISTEMA ELÉCTRICO…………………………..18 8.3) BENEFICIOS ESTIMADOS POR OSINERGMIN OSINERGMIN PARA PARA EL CASO PERUANO…………………………………………………………………………19 9- MARCO LEGISTLATIVO DE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN EL PERÚ………………………………………………………………………….…..19 10- IMPACTO DE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN EL PERÚ………………………………………………………..………………...…..20 10.1) METODOLOGÍA PARA CUANTIFICAR CUANTIFICAR EL IMPACTO IMPACTO DE LA ………………………………...…..20 GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN EL PERÚ ………………………………...…..20 ………………….…………..21 10.2) ESTUDIOS NECESARIOS A ELABORARSE ………………….…………..21 10.3) IMPACTO EN LA RED DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN (MT&BT) (MT&BT) ……….22 10.4) IMPACTO EN EL MERCADO MAYORISTA PERUANO DE ELECTRICIDAD………………………………………………………………….22 11- CONCLUSIONES…………………………………..…………………...……….24 12- BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………..….....….25
1.- PRÓLOGO El sector energético desempeña un papel muy importante en el funcionamiento económico de un país. En todos los sectores económicos, la energía tiene un rol central, permitiendo la producción de bienes y servicios. Así, la economía de los países se sostiene en la disponibilidad de energía abundante y accesible que permite un mayor crecimiento económico y una mejora en la productividad. En Perú, la generación eléctrica se ha encontrado históricamente concentrada en fuentes hídricas convencionales. En el año 2000 esta fuente representaba el 87% del total de energía producida en territorio peruano, mientras que en 2013 su participación fue de 54%. A pesar de que este tipo de centrales genera un volumen de emisiones de dióxido de carbono (CO2) ínfimamente pequeño en el proceso de operación, durante las fases de construcción puede provocar algunos efectos adversos sobre el ambiente. Por ello, el impulso de la explotación de las fuentes de RER (como las fuentes eólicas y solares) en la generación eléctrica ocasiona un impacto ambiental positivo al mitigar las emisiones de GEI en la atmósfera. Ante este contexto, el Estado peruano ha estado brindando un impulso importante a las fuentes de RER, como la biomasa y biogás, las fuentes solares, eólicas y mini hidráulicas. En 2008, mediante el Decreto Legislativo N° 1002, Ley de Promoción de la Inversión en Generación de Electricidad con el uso de Energías Renovables, se estableció la promoción de este tipo de fuentes de energía para mejorar la calidad de vida de la población y proteger el ambiente. El presente trabajo realizará un recuento del estado actual de la generación renovable en el Perú y en el mundo así como también conceptos fundamentales, definición, reglamento y especificaciones acerca de la “GENERACION DISTRIBUIDA” , tema principal del presente trabajo.[1]
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2.- INTRODUCCIÓN La humanidad está enfrentando en el siglo XXI uno de los mayores desafíos en su historia: el problema del cambio climático. Este fenómeno está asociado a la variación de las condiciones del clima provocada por las emisiones de gases de efecto invernadero (como el dióxido de carbono) derivadas de las actividades humanas, la deforestación acelerada de los bosques por la tala indiscriminada, la acidificación de los mares, la reducción de la biodiversidad y la erosión de los suelos. Así, con el objetivo de mitigar los efectos del cambio climático y sus consecuencias para el ambiente, la comunidad internacional ha suscrito diversos compromisos internacionales. Entre los más representativos se encuentran el Protocolo de Kioto (1997), el Acuerdo de Copenhague (2009), la Plataforma de Durban (2011) y, recientemente, el Acuerdo de París de diciembre de 2015. A pesar de la importancia de estas iniciativas, los acuerdos finales no han sido estrictamente de carácter vinculante. No obstante, estas cumbres han permitido la difusión y concientización, por parte de la sociedad, de las consecuencias potenciales de una fuerte variación en la temperatura del planeta. En el caso peruano, la introducción de los recursos energéticos renovables no convencionales (RER) para reducir las emisiones de CO2 y mitigar el cambio climático se ha realizado, sobre todo, en el segmento de generación eléctrica, el cual ha estado vinculado, tradicionalmente, a grandes emisiones de GEI por la quema de combustibles fósiles para generar electricidad. El Decreto Legislativo No 1002 estableció un esquema de “competencia por el mercado” para la provisión de energía renovable.
La aplicación del smart metering (medición inteligente) y las smart grids (redes inteligentes) será un paso significativo para mejorar la confiabilidad y la performance de los sistemas de distribución, incluyendo mecanismos de respuesta de demanda que permitan introducir fuentes de generación renovable en las redes de distribución, minimizando las pérdidas y garantizando la eficiencia en la distribución de electricidad. El smart metering permite la medición del consumo eléctrico en tiempo real, con lo cual se puede permitir la respuesta de la demanda de energía ante variaciones en la oferta, donde el consumidor puede ajustar su nivel de consumo en función del precio de la electricidad. Así, a medida que se incremente el porcentaje de generación por medio de fuentes renovables, se necesitarán mayores sistemas de gestión que permitan controlar los flujos eléctricos y que hagan posible mantener la fiabilidad e integrar adecuadamente el sistema El problema del abastecimiento energético para las construcciones, la necesidad de establecer medidas de protección medioambiental y la no dependencia del petróleo son algunas de las razones por las cuales desde hace algunos años se ha diversificado la generación de energía eléctrica con sistemas no contaminantes. Con esta premisa se ha ideado un nuevo enfoque en la obtención energética, la generación distribuida, que consiste en la generación de energía eléctrica por medio de muchas pequeñas fuentes de energía en lugares lo más próximos posibles a las cargas. Gran parte de la energía inyectada a las redes de distribución en lugares próximos a los centros de consumo, es producida mediante el aprovechamiento de algún recurso energético renovable (RER). Los sistemas empleados como fuentes de energía distribuida son plantas de generación de energía a pequeña escala (normalmente entre el rango de 3 kW a 10 kW) usadas para proporcionar una alternativa o una ayuda a las tradicionales centrales de generación eléctricas.
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3.- PLANTEAMIENTO DE ESTUDIO El presente trabajo se ha realizado en el marco del curso de Medidas Eléctricas II, perteneciente a la malla curricular de pregrado de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Nacional de Ingeniería. Se presenta como contribución a la difusión de los temas relacionados a Energías Renovables, Eficiencia Energética, Smart Grids, Generación Distribuida y desarrollo sostenible. Se espera poder incentivar la investigación de estos temas en la Universidad Nacional de Ingeniería a fin que esta, con el transcurrir de los años, se consolide como universidad líder en pos del desarrollo sostenible nacional.
4.- OBJETIVOS 4.1)
OBJE TIVO PRI NCIPAL
Brindar un panorama general sobre la Generación Distribuida en el Perú. 4.2)
OBJE TIVOS E SPE CÍ FI COS
Dar a conocer el significado de la Generación Distribuida y su estrecha relación con las Energías Renovables. 1.
2.
Dar a conocer los principales Recursos Energéticos Renovables (RER) en el
país. 3.
Describir un sistema eléctrico con Generación Distribuida
4.
Exponer los beneficios de la Generación Distribuida
5.
Exponer el marco legislativo relacionado a la Generación Distribuida
6.
Brindar un análisis del impacto de la Generación Distribuida en el Perú
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5.- GENERACION DISTRIBUIDA 5.1) DEFINICIÓN Los sistemas de generación distribuida son sistemas de generación de energía ubicados en los centros de consumo o en sus cercanías. La energía eléctrica es generada a pequeña escala (normalmente entre el rango de 3 kW a 10 KW), e inyectada a la red a través de las redes de distribución de baja o media tensión. Por ello su capacidad para reducir pérdidas es evidente. La generación distribuida puede ser de muy diversas tecnologías, por ejemplo, fuentes renovables como la solar fotovoltaica y las microturbinas eólicas. Estas turbinas suelen tener una capacidad instalada de aproximadamente 5 KW a 50 KW. En algunos casos, cuando la generación está asociada a una carga importante y cumple función de autogeneración, las capacidades pueden ser mayores (en el orden MWs). En estos casos su ejecución puede ser programable, por ejemplo, mediante microturbinas a gas. Las fuentes de generación distribuida se promueven por sus impactos positivos en el sistema eléctrico general, los cuales se mencionan a continuación: •
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Reducción de pérdidas técnicas debido a que la generación se realiza en el mismo nivel de tensión donde se produce el consumo. Menores niveles de inversiones necesarias en red debido a la disminución de la potencia neta demandada. Eventual mejora en los perfiles de tensión producto de un menor par eléctrico.
1- Minigeneración eólica y generación fotovoltaica conectadas a la red (ilustración hecha por OSINERGMIN)
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5.2) PANORAMA MUNDIAL Actualmente, los países industrializados generan la mayoría de su electricidad en grandes instalaciones centralizadas, tales como centrales de combustible fósil (carbón, gas natural) nucleares o hidroeléctricas. Estas centrales son excelentes a escala de rendimientos económicos, pero transmiten la electricidad normalmente a muy grandes distancias y el rendimiento energético y medioambiental es bajo. Las centrales eléctricas se ubican en lugares determinados en función de ciertos factores económicos, de seguridad, logísticos o medioambientales, entre otros, que provocan que la mayoría de las veces la energía se genere muy lejos de donde se consume. Por ejemplo las centrales térmicas se construyen lejos de las ciudades por motivos de contaminación atmosférica e incluso lo más cerca posible de las zonas de obtención de los combustibles fósiles. Otro ejemplo son las centrales hidroeléctricas que han de colocarse en los curso de agua. La generación distribuida da otro enfoque. Reduce la cantidad de energía que se pierde en la red de transporte de energía eléctrica ya que la electricidad se genera muy cerca de donde se consume, a veces incluso en el mismo edificio. Esto hace que también se reduzcan el tamaño y número de las líneas eléctricas que deben construirse y mantenerse en óptimas condiciones. Las fuentes de energía con un plan de tarifa regulada (FIT) tienen bajo mantenimiento, baja contaminación y alta eficiencia. En el pasado, estas características requerían de ingenieros de operación y complejas plantas para reducir la contaminación. Sin embargo, los modernos sistemas embebidos pueden proporcionar estas características con operaciones automatizadas y energía renovable no contaminante, tales como la solar, eólica y la geotérmica. Esto reduce el tamaño de las plantas mejorándose la rentabilidad económica. [2] El sector energético en el mundo está experimentando una etapa de transición destinada a sostener una sociedad en continuo desarrollo mediante un suministro eléctrico competitivo, eficiente, seguro y fiable. La última década se caracterizó por una serie de sucesos que impactaron en el sector energético, como la disminución significativa en el costo de las tecnologías renovables, el descubrimiento de nuevas fuentes de gas natural (gas de esquisto) y el desarrollo tecnológico, entre otros. Esto ha permitido a un número de países descarbonizar el sector, aumentar la seguridad energética y reducir la dependencia de la importación de combustibles. En el pasado reciente, el sector energético se ha liberalizado en una cantidad importante de países en el mundo, siguiendo un proceso de desintegración vertical, desregulación y aplicando mecanismos de mercado donde es posible. En este contexto, parte del proceso de liberalización consiste en adoptar un marco regulatorio que asegure la eficiencia y la seguridad en la provisión de los servicios energéticos. En nuestro país, los grandes rasgos de la reforma energética de la década de 1990 están contenidos en la Ley General de Hidrocarburos y la Ley de Concesiones Eléctricas. En los últimos años, el Estado adoptó una política decidida a introducir fuentes renovables no convencionales de generación eléctrica (recursos energéticos renovables o RER), con el objetivo de mitigar las emisiones de GEI mediante la promulgación del Decreto Legislativo Nº 1002. 5
5.3) RELACIÓN ENTRE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA Y LAS ENERGÍAS RENOVABLES Gran parte de la energía inyectada a las redes de distribución en lugares próximos a los centros de consumo, es producida mediante el aprovechamiento de algún recurso energético renovable (RER). La generación distribuida procedente de energías renovables se ha incrementado en los últimos años, como consecuencia de la mayor concientización acerca de la influencia del ser humano en el cambio climático. Los equipos electrónicos requeridos para permitir la conexión de sistemas de generación renovable a la red eléctrica pueden, además, incluir otros sistemas de estabilidad de la red para asegurar y garantizar la calidad del suministro eléctrico. [1]
6.- PRINCIPALES RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES EN EL PERÚ 6.1) RE R: SOLAR
La radiación solar constituye un recurso inagotable para la producción de electricidad y calor. Existen diferentes tecnologías solares que se pueden clasificar en pasivas o activas según cómo capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores solares térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas se encuentran aquellas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante ventilación natural.
2- Paneles solares fotovoltaicos cubriendo las necesidades energéticas de los pobladores de los Uros
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3- Colectores solares
Debido a su ubicación, el Perú es privilegiado en cuanto al potencial energético solar a nivel mundial, por lo cual es la energía solar fotovoltaica una de las formas de generación de energía eléctrica con mayor oportunidad de desarrollarse. Según el SENAMHI, el promedio de energía solar en Perú es de 5.5 kWh/m2, superando al promedio mundial que se sitúa en 3.9 kWh/m2.
4- Atlas solar mundial
La IEA (2011) afirmó que “el desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e
inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local, inagotable y, aún más importante, independientemente de importaciones, aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costos de la mitigación del cambio climático y evitará la subida excesiva de los precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los costos para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; estas deben ser realizadas de forma correcta y ampliamente difundidas”. En la
actualidad, la fuente de energía solar más desarrollada es la energía solar fotovoltaica. Según Sven (2008), podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.
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6.1.1) SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A LA RED
5- Instalación solar fotovoltaica conectada a la red
6- Configuración general de la instalación fotovoltaica conectada a la red (Fuente y elaboración: Sisifo (2014) – Universidad Politécnica de Madrid)
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6.2) RE R: E ÓLI CO
Es una fuente de energía renovable que utiliza la fuerza del viento para generar electricidad. El principal medio para aprovecharla son los aerogeneradores, “molinos de viento” de tamaño variable que transforman con sus aspas la energía cinética del viento en energía mecánica. En la actualidad, la energía eólica se utiliza, principalmente, para producir electricidad mediante aerogeneradores conectados a las grandes redes de distribución. Los parques eólicos construidos en tierra suponen una fuente de energía cada vez más barata y competitiva en muchas regiones (incluso más que otras fuentes de energía convencionales). Pequeñas instalaciones eólicas pueden proporcionar electricidad en regiones remotas y aisladas que no tienen acceso a la red eléctrica, similar que la energía solar fotovoltaica. Las compañías eléctricas distribuidoras adquieren cada vez más el excedente de electricidad producido por pequeñas instalaciones eólicas domésticas (Gipe, 1993). El auge de la energía eólica ha provocado también la planificación y construcción de parques eólicos marinos (a menudo conocidos como parques eólicos offshore, por su nombre en inglés), situados cerca de las costas. La energía del viento es más estable y fuerte en el mar que en tierra, y los parques eólicos marinos tienen un impacto visual menor, pero sus costes de construcción y mantenimiento son considerablemente mayores.
7- Para inicios del 2016, solo el 1% del potencial eólico se concretaba en generación (fuente Diario Gestión, abril 2016).[3]
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6.2.1) MICROGENERACIÓN EÓLICA La microgeneración de energía eólica consiste en pequeños sistemas de generación de hasta 50 kW de potencia (Carbon Trust, 2008 y Met Office, 2008). En comunidades remotas y aisladas, que tradicionalmente han utilizado generadores diésel, su uso supone una buena alternativa. También es empleada con más frecuencia por hogares que instalan estos sistemas para reducir o eliminar su dependencia de la red eléctrica por razones económicas, el impacto ambiental y su huella de carbono. Este tipo de pequeñas turbinas se han venido usando desde hace varias décadas en áreas remotas junto a sistemas de almacenamiento mediante baterías.
8- Minigeneradores eólicos (fuente: Waira)
9- Instalación básica de un sistema microeólico
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Al finales de 2016, invertir en energía renovable fue más rentable que hacerlo en los tradicionales combustibles fósiles. El costo para generar energía solar y eólica está al mismo nivel o es menor que el de producir energía con carbón o gas natural, según el informe Renewable Infrastructure Investment Handbook del World Economic Forum (WEF). En 2006, la energía solar costaba US$ 600/ MWh, mientras que el precio de la tradicional obtenida a partir de carbón y gas natural ascendía a solo US$ 100/ Mwh; 10 años después, el costo de la energía solar es US$ 100/MWh y el de la energía eólica es US$ 50/MWh.[4]
6.3) RE R: HI DRÁULI CO
Consiste en la energía que está ligada al movimiento y/o a las caídas de agua. Esta energía es utilizada para mover turbinas, las cuales están conectadas a alternadores eléctricos. Para el 2014 el Perú era el segundo país en la región con mayor número de hidroeléctricas en operación, en construcción o inventariadas, de acuerdo a la publicación „Megaproyectos en la Amazonía‟, elaborado por el consultor internacional en temas amazónicos, Paul
Little. El potencial hídrico es alto en el Perú, teniendo la gran posibilidad de sacar provecho a las cuencas provenientes de los andes, que suponen una mayor gran facilidad de represar.
10- Presa de una central hidroeléctrica
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6.3.1) CENTRALES MINIHIDRÁULICAS Una central minihidráulica o minihidroeléctrica es un tipo especial de central hidroeléctrica, utilizada para la generación de energía eléctrica en pequeña escala, a partir de la energía potencial o cinética del agua. Las centrales hidráulicas generan energía a partir del aprovechamiento del caudal de los ríos. Hoy también puede obtenerse energía de centrales más pequeñas a las convencionales, conocidas como mini hidráulicas o mini hidroeléctricas (menos de 20 MW de potencia en Perú). La energía generada a partir de una central mini hidráulica es considerada un tipo de energía renovable y, por tanto, se encuentra sujeta a la norma regulatoria asociada a estas energías. Las mini centrales han sido muy utilizadas tanto para uso personal como por el sector privado por su pequeño tamaño y menor costo inicial, además de su facilidad de instalación. Por otro lado, el impacto ambiental de este tipo de instalaciones es pequeño, pues no hay necesidad de desviar el cauce de los ríos ni el ecosistema.
11- Turbina de río para microcentrales hidroeléctricas
6.4) RER: BIOMASA La biomasa es aquella materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los residuos y desechos orgánicos, susceptible de ser aprovechada energéticamente. Tienen la desventaja que pueden producir emisiones de gases contaminantes. La formación de biomasa a partir de la energía solar se lleva a cabo por el proceso denominado fotosíntesis vegetal, que a su vez es desencadenante de la cadena biológica. Mediante la fotosíntesis, las plantas que contienen clorofila transforman el CO2 y el agua 12
de productos minerales sin valor energético en materiales orgánicos con alto contenido energético, y a su vez sirven de alimento a otros seres vivos. Así, la biomasa almacena, a corto plazo, la energía solar en forma de carbono. Luego, la energía almacenada en el proceso fotosintético puede ser transformada en energía térmica, eléctrica o carburantes de origen vegetal, liberando de nuevo el CO2 almacenado. Asimismo, la energía de biomasa o bioenergía es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico. Por lo general se saca de los residuos de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, animales, entre otros) o sus restos y residuos. El aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo, por combustión) o por transformación en otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde como combustibles o alimentos (De Lucas et al., 2004). En su más estricto sentido, la biomasa es un sinónimo de biocarburantes (combustibles derivados de fuentes biológicas). En su sentido más amplio, abarca también el material biológico utilizado como biocombustible, así como las situaciones sociales, económicas, científicas y técnicas relacionadas con el uso de fuentes de energía biológica. Hay una ligera tendencia a favor de la bioenergía en Europa, en comparación con los biocarburantes en América del Norte (ver capítulo 6 para mayor detalle). La energía contenida en la biomasa seca es más fácil de aprovechar mediante procesos termoquímicos como la combustión, la pirólisis o la gasificación. El rendimiento energético obtenido suele ser alto. Así, entre los productos que se obtienen en este aprovechamiento destacan el calor (para calefacciones, calderas, etc.), la electricidad (haciendo pasar vapor a gran presión por una turbina), el vapor de agua caliente o diversos combustibles (metanol, CH4, entre otros). Para el aprovechamiento de la energía de la biomasa hay instalaciones pequeñas para uso doméstico (chimeneas u hogares de leña), medianas (digestores de residuos ganaderos en granjas) y grandes (centrales térmicas que queman residuos agrícolas o forestales para obtener electricidad o suministrar calefacción a un distrito o ciudad, entre otros).
12- Central térmica de biomasa Petramás
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13- Planta de generación eléctrica mediante biomasa (fuente: UNESA)
6.5) RE R: BI OGÁS
El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico). La obtención de biogás por medio de la digestión anaeróbica tiene un enorme potencial no solo para evitar daños ecológicos, sino para además obtener energía de forma eficiente. El uso de técnicas de digestión anaeróbica, además de reducir emisiones de CH4, conlleva a la disminución de las emisiones de amoniaco y otros GEI, así como de compuestos orgánicos volátiles no metánicos y de compuestos que causan malos olores. Es por ello que el biogás debe de ser considerado un recurso renovable e incentivado por un apoyo económico adecuado. Por ejemplo, la legislación española en materia de energía renovable prevé una retribución a la energía eléctrica producida del biogás que, si bien todavía lejana de las tarifas de otros países europeos como Alemania o Italia, permite la construcción y operación de plantas de biogás con buenas rentabilidades.
14- Planta de biogás en un establo de Argentina
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15- Esquema productivo de biogás en base al estiércol de vacuno
7) SISTEMA ELÉCTRICO CON GENERACIÓN DISTRIBUIDA
16- Sistema Eléctrico con Generación Distribuida
7.1) SMART GRIDS La distribución bidireccional de la energía se realiza mediante redes inteligentes o smart grids. Este término hace referencia a la modernización del sistema de suministro de energía eléctrica para monitorear, proteger y optimizar la operación de los elementos del sistema 15
interconectado, desde la generación, transmisión y distribución a los consumidores finales residenciales e industriales (EPRI, 2011). •
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Las Smart Grids son básicamente redes de distribución eléctrica combinadas con modernas tecnologías de información, que proporcionan datos tanto a las empresas distribuidoras de electricidad como a los consumidores, lo que es ventajoso para ambas partes. Mediante el uso de Smart Grids se logra una generación distribuida más eficiente, más controlable y más medible. Con la introducción de las smart grids, se puede lograr: la reducción de pérdidas, optimización de recursos, integración de fuentes renovables y vehículos eléctricos, eficiencia energética y mecanismos de respuesta rápida a la demanda. Resulta importante elaborar programas que permitan dar a conocer a los consumidores los beneficios de implementar una smart grid, y que eduquen sobre la forma de uso de los aparatos inteligentes. En ese sentido, la masificación de la tecnología digital no sería adecuada, dada la falta de conocimiento de los consumidores, por lo que sería más eficiente implementar proyectos piloto.
17- La smart grid dentro de la cadena de valor del sector eléctrico
La introducción de smart grids en el sistema eléctrico peruano por medio de la ejecución de proyectos de redes eléctricas inteligentes (REI) ayudará a tener control sobre la generación distribuida producida y así lograr mitigar su impacto en las redes de distribución. Para apoyar la implementación de las redes eléctricas inteligentes, se requiere desarrollar el marco legal que lo soporte.
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18- Impacto económico de las smart grids sobre la oferta y la demanda
7.2) SMART METER Los Smart meters (o telecontadores) son medidores eléctricos digitales que recopilan información sobre el uso de la energía y la envían en forma segura al Service Center o centro de operaciones y control . Gracias a las lecturas de los Smart meters, el consumidor puede saber cuánta energía está consumiendo en tiempo real, y puede decidir si desconectarse de la red o no (según el precio de la electricidad en ese momento) para autoconsumir energía, en el caso de que posea generación propia. [5]
19- Generación distribuida y uso de recursos energéticos renovables y eficientes
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8.- BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA 8.1) BE NE F I CI OS A LOS USUARI OS FI NALES
Los usuarios finales de Generación Distribuida obtienen beneficios directos. Dependiendo de los precios por energía que pagan, pueden reducir sus costos por kWh. Dependiendo de las características de su consumo, pueden reducir el cargo por demanda facturada. En un futuro cercano, al usar GD con sistemas de baterías, podrán optimizar su consumo con la generación, evitando consumo de la red en horas pico y disminuyendo la carga máxima de su centro de consumo. Asimismo, la Generación Distribuida ofrece una solución con precios fijos de energía a largo plazo, oferta que los suministradores difícilmente pueden ofrecer por depender su compra de los precios variables de generación y los cargos por los servicios de distribución y transmisión. La viabilidad de los proyectos de este tipo de generación depende del reconocimiento de los beneficios netos que ofrece la GD en la regulación aplicable, así como de tarifas que reflejen los costos de la energía. Es decir, si los beneficios netos de la Generación Distribuida no se contemplan al momento de satisfacer las necesidades del usuario final, ni el usuario final, ni las empresas del sector tendrán un incentivo para invertir en este sistema ni encontrarán el financiamiento requerido. [6] 8.2) BE NEF I CI OS PARA E L SI STE MA ELÉ CTRI CO
Los beneficios de la Generación Distribuida no se limitan a los usuarios finales que la usan directamente. Todo el sistema eléctrico se beneficia, permitiendo como consecuencia que bajen los costos de los suministradores. En consecuencia, se benefician todos los usuarios finales de proyectos de Generación Distribuida por menores precios de electricidad, uno de los objetivos primordiales de las reformas energéticas. Los beneficios del nuevo sistema han sido analizados y cuantificados en otros sistemas eléctricos. Los estudios han confirmado los beneficios netos de la Generación Distribuida para los sistemas eléctricos. El consumo de energía generada y consumida en el mismo circuito de distribución causa pérdidas mínimas en comparación con la energía generada por plantas convencionales que es consumida y llevada a los usuarios finales por líneas de transmisión y distribución. El Sistema Eléctrico Interconectado Nacional tiene este tipo de pérdidas muy altas en algunas zonas. La disminución del alto índice de pérdidas mediante inversión en nueva infraestructura debe ser una prioridad para las autoridades pertinentes. La Generación Distribuida disminuye las pérdidas sin requerir inversiones de las empresas transportistas del área de Transmisión y de Distribución. Más bien, al promover una compensación justa, a través de la tarifa de medición neta, se podrá permitir el apalancamiento del capital contribuido por usuarios quienes hayan invertido en el nuevo sistema, en servicio de la red. La Generación Distribuida aumenta la oferta de energía en los nodos de consumo. Esta, no expone al suministrador a la volatilidad de diferentes precios nodales de generación y consumo y la necesidad de adquirir derechos financieros de transmisión. Asimismo, reduce 18
la necesidad de inversiones en líneas de transmisión y distribución. Un ejemplo a nivel internacional es la licitación de la Utility PSEG Long Island para proyectos de Generación Distribuida en la Región South Fork, para sustituir la inversión en líneas de transmisión, por un costo aproximado de USD 294 millones. PSEG busca sustituir dicha inversión por medio de soluciones innovadoras de Generación Distribuida que el mercado pueda proveer. Es notable también que la Generación Distribuida puede proveer servicios conexos, tales como las reservas reactivas y reservas de regulación. Dadas las características de las tecnologías utilizadas, en conjunto con baterías la Generación Distribuida puede ser un recurso óptimo de flexibilidad para el sistema y proveer disponibilidad de potencia. Finalmente, la Generación Distribuida provee disminución en los costos de externalidades, los cuales van más allá de la reducción del carbono. Por ejemplo, hay impactos ambientales, a la salud, al suelo y al agua, causados por generadores de plantas tradicionales, los cuales son evitados a través de la generación fotovoltaica. [6] 8.3) BE NEF I CI OS ESTI MADOS POR OSI NE RGMI N PARA E L CASO PER UANO
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Reducción de pérdidas técnicas debido a que la generación se realiza en el mismo nivel de tensión donde se produce el consumo. Menores niveles de inversiones necesarias en red debido a la disminución de la potencia neta demandada. Eventual mejora en los perfiles de tensión producto de un menor par eléctrico. Contribución a la mitigación de los efectos del cambio climático. Promoción de las tecnologías con uso de energías renovables, lo cual representa una matriz energética más diversificada. Oportunidad de negocio para las personas que deseen contribuir al cuidado del planeta.[1]
9.- MARCO LEGISTLATIVO DE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN EL PERÚ En la Octava Disposición Complementaria Final de la Ley N° 28832 se establecen medidas para la promoción de la generación distribuida y cogeneración eficientes, según las siguientes disposiciones:
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i)
La venta de sus excedentes no contratados de energía al mercado de corto plazo, asignados a los generadores de mayor transferencia en dicho mercado
ii)
El uso de las redes de distribución, pagando incurrido por el distribuidor.
iii)
En el artículo 6 del DL 1002 se señala que los generadores con RER que tengan características de cogeneración o generación distribuida pagarán por el uso de redes de distribución, conforme lo señala el inciso b) de la Octava Disposición Complementaria Final de la Ley N° 28832
iv)
El D.L. No 1221 modificó el artículo 64 de la LCE, incorporando un cargo asociado a la innovación tecnológica en los sistemas de distribución. Este cargo será incorporado en cada fijación tarifaria y tendrá como límite máximo el 1% de los ingresos registrados de cada empresa distribuidora.
v)
Además, el D.L. N° 1221, en su segundo artículo hace referencia a la generación distribuida. Indica que los usuarios del servicio público de electricidad que disponen de equipamiento de generación eléctrica renovable no convencional o de cogeneración hasta la potencia máxima establecida para cada tecnología, tienen derecho no solo a disponer de ellos para su propio consumo, sino que también pueden inyectar sus excedentes al sistema de distribución. Esto sujeto a la condición de que no afecte la seguridad operacional del sistema de distribución.
únicamente el costo incremental
10.- IMPACTO DE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN EL PERÚ 10.1) ME TODOLOGÍ A PARA CUANTIF I CAR E L I MPACTO DE LA GE NER ACI ÓN DI STRIBUI DA EN EL PERÚ [1]
En el Perú, el cálculo de precio nodal es utilizado para la fijación de tarifas en barra, y tiene la siguiente forma: , donde:
CG=CIG x FP CG: Costo de generación CIG: Costo incremental de generación 20
FP: Factor de pérdidas A partir de la ecuación anterior se determina que las fuentes de generación en nudos con inyección de energía y menos pérdidas tendrán un bajo factor de pérdida, convirtiéndose en fuentes más económicas para el propio sistema. Por ejemplo, las pérdidas acumuladas entre AT y MT son de 7%; entonces, 1 MWh generado en MT o BT es 7% más económico que 1 MWh generado en AT. El uso de la generación distribuida ayudaría en la reducción de los requerimientos de demanda y potencia, bajando los costos de expansión de red, teniendo en cuenta el nivel de su tensión. Así, la ecuación anterior que daría reescrita de la siguiente manera: CG=CIG x (FPAT+FPMT/BT)
Donde: FPAT: Factor de coste de red de AT FPMT/BT: Factor de coste de red de MT/BT
10.2) ESTUDI OS NE CE SARI OS A ELAB ORAR SE
Debido a que la generación distribuida (GD) se conecta a la red de distribución, cada vez se están realizando estudios más exhaustivos acerca del impacto que ocasiona la generación distribuida en las redes de distribución a las cuales se conecta. Los estudios más importantes se centran en: •
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Incentivos a las tecnologías de GD para su desarrollo (mecanismos regulatorios: primas, tarifas, certificados verdes etc.) Las nuevas inversiones y la planificación de la distribución teniendo en cuenta la GD Las potencias de cortocircuito en la red con GD Los servicios complementarios en la red con GD (regulación frecuencia - potencia, black start, control tensión - reactiva) Las pérdidas en la red con GD La operación y explotación de red con GD La seguridad del personal de mantenimiento con GD
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10.3) IMPACTO EN LA RED DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN (MT&BT)
20- Reducción de pérdidas para diversas tecnologías para el ST1
Puede observarse que la reducción de las pérdidas técnicas mediante las diferentes tecnologías va de 0% a 9% para un horizonte de 5 años, y de 0.3% a 20% en un horizonte de 15 años, producto de los niveles de penetración y capacidad considerados. Vale decir que la disminución de las pérdidas por la implementación de la generación distribuida tiene relevancia a mediano y largo plazo, donde el número de instalaciones será mayor.
10.4) IMPACTO EN EL MERCADO PERUANO MAYORISTA DE ELECTRICIDAD
Aun cuando el mayor impacto de la generación distribuida se da en la red, también se puede generar un efecto sobre el mercado mayorista, teniendo en cuenta que la energía inyectada en MT/BT será energía no suministrada en AT, cambiando la demanda neta en AT. Esta modificación podría afectar el precio marginal de generación en el mercado mayorista, por lo que el nuevo costo de energía estaría dado por el coste de generación mayorista más el coste de generación distribuida. Asimismo, la variación de la demanda neta en AT permite que el sistema cuente con mayor capacidad
La implementación con generación distribuida mediante RER permite disminuir el costo marginal en el mercado mayorista, incentivando que la compra de energía sea más económica.
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Con la generación distribuida se reduce la demanda neta del mercado mayorista, experimentando un incremento del margen de reserva (diferencia entre la demanda de hora punta y la capacidad instalada de generación).
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11.- CONCLUSIONES
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La generación distribuida ofrece la potencialidad de hacer un uso más eficiente de la energía generada reduciendo las pérdidas de la misma debido a que se produce a los niveles de tensión requerida por los usuarios finales. 1 MWh generado en MT o BT es 7% más económico que 1 MWh generado en AT. La introducción de las smart grids aparece como una alternativa interesante para aliviar las amenazas a la confiabilidad del sistema eléctrico, pues permite brindar una oferta de energía más eficiente, más confiable, genera mejoras en la calidad del servicio, permite la disminución de pérdidas de energía y facilita la conservación del ambiente. Dependiendo de los precios por energía que los usuarios finales paguen, éstos pueden reducir sus costos por kWh. Dependiendo de las características de su consumo, pueden reducir el cargo por demanda facturada. La generación distribuida permite reducir el costo marginal de generación en el mercado mayorista. La demanda de AT se ve reducida, lo cual permite que el sistema tenga mayor capacidad. El uso de la generación distribuida ayudaría en la reducción de los requerimientos de demanda y potencia, bajando los costos de expansión de red, teniendo en cuenta el nivel de su tensión. Se debe establecer un marco regulatorio adecuado para el despliegue de la generación distribuida, particularmente para establecer el sistema de tarifas (tarifas en tiempo real) que sea compatible.
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12.- BIBLIOGRAFÍA [1] La industria de la energía renovable en el Perú: 10 años de contribuciones a la mitigación del cambio climático http://www.osinergmin.gob.pe/seccion/centro_documental/Institucional/Estudios_Economi cos/Libros/Osinergmin-Energia-Renovable-Peru-10anios.pdf [2] https://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_distribuida [3] http://gestion.pe/economia/mem-solo-1-potencial-eolico-peru-se-ha-concretadocentrales-generacion-2157571 [4] Renewable Infrastructure Investment Handbook: A Guide for Institutional Investors http://www3.weforum.org/docs/WEF_Renewable_Infrastructure_Investment_Handbook.p df [5] https://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/smart-city/smartmetering [6] https://www.energiaadebate.com/los-beneficios-de-la-generacion-distribuida/
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