Comunicación presentada al VI Congreso Smart Grids
Autores
- Christian Campoverde Ramírez, Investigador, Universidad Nacional de Loja
- Gloria Carrión Figueroa, Investigadora, Universidad Técnica Particular de Loja
- Marianela Carrión González, Investigadora, Universidad Nacional de Loja
- Patricia Díaz Guzmán, Investigadora, Universidad Técnica Particular de Loja
- Franklin Jiménez Peralta, Investigador, Universidad Nacional de Loja
- Santiago Medina León, Investigador, Universidad Nacional de Loja
- María del Cisne Ruilova Sánchez, Investigadora, Universidad Nacional de Loja
- Luis Rodríguez Montoya, Investigador, Universidad Nacional de Loja
- Marcelo Valdiviezo Condolo, Investigador, Universidad Nacional de Loja
- Andy Vega León, Investigador, Universidad Nacional de Loja
Resumen
Las redes de electricidad convencional están viviendo sin duda sus últimos días, la falta de innovación tecnológica han impulsado su obsolescencia; los cambios que se vienen dando en el sector eléctrico están terminando con la relación unidireccional de las empresas generadoras y transmisoras de electricidad con el cliente; el cambio climático ha acelerado la inminente evolución de los sistemas eléctricos; las smart grids son las protagonistas estelares en esta transformación dinámica que vive la sociedad. La grave crisis ambiental que atraviesa el planeta nos obliga a cambiar la matriz energética de todos los países, abandonar la producción eléctrica con combustibles fósiles y reemplazarlas con fuentes de generación amigables con el medioambiente, al sur del Ecuador; en Loja, se destaca la central eólica Villonaco a 2720 msnm, posee 11 aerogeneradores con una producción energética de 16,5 MW. La primera etapa del proyecto evita la emisión a la atmosfera de aproximadamente de 35 270 toneladas de CO2 al año. Las etapas II y III de la central eólica Villonaco constituyen parte del Bloque de ERNC previsto en el Plan Maestro de Electricidad 2016- 2025 de nuestro país, se estima una producción sobre los 110 MW y un beneficio ambiental importante; es el tema que abordaremos en el presente trabajo, la evaluación integral de la generación térmica del Ecuador representado con el cálculo del factor de emisiones en una línea cronológica similar a la edad de la central eólica Villonaco.
Palabras clave
Cenace (Consejo Nacional de Electricidad), S.N.I. (Sistema Nacional Interconectado), ERNC (Energías Renovables No Convencionales), IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), Energía Eólica, Emisiones, Smart Grid, GEI (Gas de Efecto Invernadero)
Introducción
Las diversas actividades humanas desde la aparición de los combustibles fósiles, han incrementado considerablemente la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera, en especial del C02, que según el IPCC es el principal gas de efecto invernadero (GEI), este acontecimiento ha provocado que algunas variables climáticas sufran alteraciones de origen antropogénico. Las cumbres, tratados e informes científicos acerca del cambio climático tienen en común una conclusión; la vía idónea para frenar el aceleramiento del calentamiento global es la reducción de emisiones de GEI en la atmósfera en un 40%, respecto a los valores actuales.
El cambio climático, se ha convertido en el enemigo común de las naciones de todo el globo terráqueo, la emisión de gases de efecto invernadero han aumentado aproximadamente en 415 partes por millón (ppm), un valor histórico que no se alcanzaba desde hace 3 millones de años, estos valores han causado alarma en las principales organizaciones políticas y de regulación energética del planeta. El marco de actuación en materia de clima y energía hasta el año 2030 contempla una serie de metas y objetivos políticos para toda la Unión Europea durante el periodo 2021-2030, en España el contexto del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030, en Latinoamérica la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) con año base 2015 y horizonte al 2030 justifica la propuesta de una política más agresiva en términos de eficiencia energética y penetración de energías renovables.
Ecuador en su “Plan Maestro de Electricidad” propone paulatinamente que toda su matriz energética sea producto de energías renovables, es así que la generación térmica ha disminuido en más de 50% respecto a sus valores originales en el sistema nacional interconectado. Al 2018, la energía bruta total producida fue 29.243,59 GWh, con el siguiente detalle: hidráulica 20.678,00 GWh, 70,71 %; térmica 8.019,28 GWh, 27,42 %; biomasa 382,44 GWh, 1,31 %; eólica 80,26 GWh, 0,27 %; biogás 45,52 GWh, 0,16 % y fotovoltaica 38,08 GWh 0,13 %, la central eólica Villonaco aumentará su producción en al menos 110 MW lo que permitirá al país acercarse a los objetivos 2030 planteados por la mayor parte de entidades de control de emisiones.
La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero puede representar una oportunidad de refuerzo mutuo para atenuar el cambio climático y mejorar la salud pública. Por consiguiente, la protección de la salud debe ser uno de los criterios para evaluar las medidas de mitigación según la OMS (Organización Mundial de la Salud).
Las Smart grids cumplen un papel fundamental en la lucha global contra el cambio climático, la eficiencia energética es la clave para evitar emisiones por consumo eléctrico, La descarbonización y la transición energética son el cambio que se propone con el objetivo de encontrar un nuevo modelo. Sistemas inteligentes que gestionan una red interconectada “smart grids”.
Descripción
Se analizará la producción energética de Ecuador a partir de combustibles fósiles y el daño que provocan las emisiones por quema de combustible; mediante el factor de emisión determinaremos la cantidad de CO2 en la atmósfera por MWh de producción de las diversas fuentes de origen termoeléctrico que representan en 27,42% de la producción eléctrica nacional.
El parque eólico Villonaco es el primer proyecto del país en este ámbito, constituye un reto técnico importante al ser la central eólica de mayor altitud a nivel mundial, se encuentra en zona montañosa con orografía compleja caracterizada por pendientes y rugosidad del terreno. La densidad del aire (0.89kg/m3).
Los datos técnicos de la central se describen en la siguiente tabla:
Metodología
Utilizaremos la herramienta metodológica ACM0002 sobre la generación térmica para realizar el cálculo del Factor de Emisión de CO2 de las centrales de generación de energía eléctrica con fuentes no renovables del país, luego se procederá a calcular los beneficios por MWh producidos por la central eólica Villonaco, luego se realizará la tabulación y comparación de los datos con el fin de obtener los beneficios tangibles de la acción de la energía eólica en la mitigación del cambio climático.
Factor de Emisión
La central eólica Villonaco entró en operación en el año 2013 por lo que los valores reales de la acción contra el cambio climático se ven reflejadas en el 2014; después de un año de producción de la central, se utilizó los datos entregados por la CENACE de las centrales térmicas existentes en el país, para calcular el factor de emisión utilizando la metodología ACM0002 (Metodología de la Convención Marco Sobre el Cambio Climático UNFCCC).
El factor de emisión de OM simple se calcula como el CO2 promedio ponderado por generación emisiones por unidad de generación neta de electricidad (t CO2 / MWh) de todas las centrales generadoras sirviendo al sistema, analizando el consumo anual de combustible para las unidades/centrales conectadas a la red eléctrica del Ecuador, además del tipo de combustible utilizado por las unidades/centrales conectadas a la red eléctrica (Diésel, Fuel Oil, Gas Natural y Residuo) desde el 2014 al 2018.
Emisiones Evitadas por la central Eólica Villonaco
Villonaco cuenta con 11 aerogeneradores del tipo GW70/1500 de 1.5 MW cada uno, con una velocidad promedio anual de 12.7 m/s a una altitud de 2700 msnm, aportando al S.N.I. una energía neta de 452,33 GWh desde su entrada en operación a mayo de 2019, Villonaco II y III tendrá potencia instalada mínima de 110 MW sumados a los 16,5 MW de Villonaco I; el proyecto completo aportaría al sistema nacional interconectado 126,5 MW.
La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos establece que la generación de electricidad de una turbina eólica promedio se determina al multiplicar la capacidad promedio de una turbina eólica por el factor de capacidad eólica promedio y por la cantidad de horas por año.
Se asumió que la electricidad generada de una turbina eólica instalada reemplazaría las fuentes marginales de electricidad de red. La tasa de emisión eólica marginal anual para convertir las reducciones de kilovatios-hora en unidades de emisiones de dióxido de carbono evitadas es de 6.74 x 10-4.
Resultados y datos obtenidos
Se procedió a calcular el factor de emisión de CO2 de la red eléctrica de generación térmica utilizando la información que nos proporciona el CENACE .
Cálculo del Margen de Operación
Los resultados fueron los siguientes:
Los datos expuestos en la sección resultados pertenecen a Ecuador.
Producción bruta total de energía por años desde la operación efectiva de la central eólica Villonaco.
Producción bruta total de energía
- Producción bruta total de energía 21 920,03 GWh (2014)
- Producción bruta total de energía 23 020,52 GWh (2015)
- Producción bruta total de energía 23 298,07 GWh (2016)
- Producción bruta total de energía 23 943,99 GWh (2017)
- Producción bruta total de energía 25 038,53 GWh (2018)
Producción bruta de energía térmica
- Producción bruta de energía térmica 9307,69 GWh (2014)
- Producción bruta de energía térmica 9 067,75 GWh (2015)
- Producción bruta de energía térmica 7 143,20 GWh (2016)
- Producción bruta de energía térmica 3 577,99 GWh (2017)
- Producción bruta de energía térmica 3 987,23 GWh (2018)
Cálculo de emisiones evitadas por el parque Eólico Villonaco
Cálculos
1,5 MW de capacidad promedio x 0.33 x 8,760 horas/año x 1,000 KWh/MWh x 6.7449 x 10-4 toneladas métricas de CO2/KWh reducido = 2924,72 toneladas de CO2/año/turbina eólica instalada.
- 35.270 Toneladas de CO2 evitadas en un año con la etapa I
- 219.354 Toneladas de CO2 evitadas en un año con las etapas II y III
- 254.624 Toneladas de CO2 evitadas en un año
Discusión de resultados
- La producción de energía térmica a nivel país viene decayendo en beneficio del planeta tierra, el factor de emisión de CO2 calculado demuestra que los valores de producción de emisiones han disminuido y su tendencia es seguir bajando.
- La evolución del factor de emisión de CO2 anual del SNI de los años 2014 a 2018 muestran la reducción desde 0.66 hasta 0.50 del margen de operación, Estos valores implican que la producción de energía eléctrica ha reducido sus emisiones a la atmósfera
- La metodología de cálculo permitió estimar los factores de operación (OM), de las plantas de generación térmicas del país.
- La principal fuente de generación en el país es la energía hidráulica, la energía eólica presenta un crecimiento importante, la central eólica Villonaco producirá un promedio de 126,5 MW, evitando la emisión de 254624 Toneladas de C02.
- Los resultados tanto de la disminución de generación de energía por quema de combustibles fósiles y el incremento de energía renovable como la eólica, muestran un panorama positivo en la descarbonización de la matriz energética de Ecuador.
Conclusiones
La energía eólica se convertiría en una alternativa real a otras fuentes de energía cuando los sistemas smart grid funcionen a cabalidad, las redes de distribución inteligentes son una opción válida para ciudades intermedias como Loja. La central eólica Villonaco y las demás fuentes de generación de energía eléctrica constituyen parte de la Smart grids del S.N.I, con redes inteligentes y tratamiento de la información, presentan resultados positivos en la disminución de emisiones de gases de efecto invernadero la atmósfera.
La disminución de 254624 Toneladas de C02 evitadas en un año, es un aporte importante de una ciudad de 180 mil habitantes al planeta; adicional a pequeñas fuentes de autoconsumo producto de instalaciones fotovoltaicas, hacen de Loja una ciudad alineada a los objetivos del planeta 2030.
El objetivo de la ciudad de Loja de convertirse en smart city inicia con las smart grids que permiten la optimización del sistema eléctrico interconectado, (generación, transmisión, distribución y comercialización) y conexión a la red, de la producción de energía de la central eólica Villonaco.
Agradecimientos
Agradecemos a los trabajadores de la central eólica Villonaco por su gran labor en la producción de energía limpia, que beneficia al planeta Tierra.
Referencias
- [1] Villarubia, 2011, Ingeniería de la energía eólica, S.A. MARCOMBO, Barcelona
- Asociación Ecuatoriana de Energías Renovables y Eficiencia Energética y Cambio Climático (AEEREE) (04 de agosto 2019)
- Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) (15 de agosto 2019)
- Agencia de Regulación y Control de Electricidad (ARCONEL) (23 de agosto 2019)