Optimización del costo de la energía de un sistema híbrido de energización en la Universidad CESMAG mediante HOMER Energy

Abstract

La generación de energía eléctrica a nivel mundial es un proceso que se basa principalmente en el uso de combustibles fósiles, elementos no renovables, contaminantes, con reservas limitadas que eventualmente pueden agotarse. Debido a los avances tecnológicos, los países buscan la obtención del recurso energético de una manera más limpia y sin implicar mayores gastos, para preservar los recursos naturales, cada vez más escasos, y favorecer así su economía. El debate sobre la protección y uso de los recursos ambientales han sido temas a considerar en los últimos años. Una de las preocupaciones principales, es el agotamiento de los recursos no renovables, tal es el caso de los minerales ferrosos y los combustibles fósiles (M.Wackernagel & W.Rees, 2001). El ser humano, en su proceso de desarrollo a nivel cultural, científico, tecnológico; se ha visto en la necesidad de incrementar el uso de los recursos naturales, esto con el fin de responder a las exigencias energéticas que requiere la vida diaria. Por consiguiente, las preocupaciones ambientales crecen y afectan a todos. En la actualidad, se quiere dar respuesta a esta preocupación, por ello se han desarrollado nuevas fuentes de energización de menor impacto con el medio ambiente, tales como las energías renovables, una de ellas es la fuente fotovoltaica la cual es una fuente de energía de fácil mantenimiento, adquisición, e implementación. Colombia es un país cuya fuente principal de energía es suministrada por las hidroeléctricas con una participación del 68,4%, seguido de un 30% para las plantas térmicas fósiles y el resto de capacidad instalada se divide en otras fuentes, entre ellas las energías renovables que tan solo aportan aproximadamente el 1% de la matriz de la capacidad eléctrica (M.Planas & J.Cárdenas, 2019). Esto demuestra que la matriz energética en colombiana presenta un escaso uso de fuentes no convencionales de energía como la fotovoltaica, la cual es favorable y rentable ya que cuenta con los incentivos tributarios y fiscales previstos en la Ley 1715 (2014). En el caso de San Juan Pasto la disponibilidad del recurso solar es aproximadamente de 3.6 KW/m (F. Eraso Checa, O.Erazo de la Cruz, 2017). Por lo tanto, en este proyecto se evaluó la inclusión de un sistema fotovoltaico para un sistema híbrido dentro de la Universidad CESMAG, integrando la fuente renovable a la red, y de esta manera disminuir el consumo energético y ayudar a mitigar la carga máxima de la red comercial, obteniendo un ahorro significativo. Para ello, se tuvo en cuenta: antecedentes, potencial energético fotovoltaico, red comercial, infraestructura institucional, circuitos a evaluar, costos que genera la red comercial y, por último, la optimización del desempeño energético dentro de la Universidad CESMAG. Para el diseño del sistema fotovoltaico, se tuvo en cuenta el consumo de cada bloque, evaluando los periodos de mayor consumo semestral y los de menor consumo intersemestral, de igual manera se evaluaron los consumos energéticos en los fines de semana de cada periodo. También se evaluaron las cargas priorizadas, llegando a formular cinco escenarios, de los cuales, se determinó que el más adecuado para implementar es el escenario 5; seguidamente se caracterizaron las fuentes de generación en base a los recursos disponibles: energía solar fotovoltaica y la red comercial, estas serán las encargadas del diseño del sistema híbrido. En caso de la red comercial solo se tomó en cuenta el costo de la energía, siendo este de $759,26/KWh (CEDENAR, 2022). También se verificaron las áreas disponibles para la instalación de los paneles solares, las cuales se dividieron en 3 bloques: Sede B, Holanda Italia y por último se encuentra el edificio San Francisco, con un área total de 4358m2. En los tres bloques se verificar restricciones de costo y espacio, ya que todas las áreas de las cubiertas no son adecuadas para la instalación de paneles solares, esto debido a que su superficie no soporta dicho peso, como lo es en el espacio del coliseo san Guillermo de Castellana, el cual podría ser aprovechado, pero por su infraestructura deteriorada no es factible, por lo tanto, solo es aprovechable un área de 1421m2. Finalmente, estos elementos se implementan en HOMER PRO, con el fin de simular las tareas ya realizadas, permitió evaluar y comprar los componentes financieros obtenidos, con los de HOMER. Optimizando y realizando análisis de los indicadores financieros. Llegando a determinar que el costo de la energía, obtenido con el sistema es de $565,31/KWh, que se encuentra por debajo del valor promedio ponderado del comercial. Los indicadores financieros como Valor Presente Neto (VPN) y Tasa Interna de Retorno (TIR) son positivos, permitiendo retornar la inversión en 4 años 9 meses. En caso de que se generen excedentes de energía, estos podrán ser inyectados a la red comercializándolos de acuerdo a los términos de la resolución 030 de 2018 (Creg, 2018) cómo se evidencia en el artículo publicado en la revista Scientia et Technica Año XXVII, Vol. 27, No. 01, marzo de 2022. Universidad Tecnológica de Pereira (Barco, et al 2022).