Estudio para la especificación de un sistema de energia undimotriz para zonas aisladas
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Libro de Ponencias y Conferencias del XXIII Congreso Panamericano de Ingeniería
Naval, Costa Afuera e Ingeniería Portuaria COPINAVAL 2013
Estudio para la especificación de un sistema de energia
undimotriz para zonas aisladas
Ignacio Martínez Neghme
Ingeniero Naval Eléctrico
Teniente Segundo
Armada de Chile
imartinezn@armada.cl, imart002@gmail.com
Las Energías Renovables No Convencionales (ERNC), se presentan como una
posible solución al problema de los altos precios de combustibles fósiles, emisión de
contaminantes producto de su quema, dependencia de países extranjeros, factores
geopolíticos y posible agotamiento de este recurso en el mediano plazo.
Complementariamente, la política energética y las exigencias medioambientales han
llevado a la comunidad industrial a buscar alternativas a los combustibles fósiles, en
atención a los impactos evidenciados en el medio ambiente, imponiendo
restricciones importantes en su empleo.
Las ERNC corresponden a energías limpias y de fuentes inagotables que pueden
ser la solución a la problemática energética. Entre estas se encuentran las
denominadas Energías Marinas, las cuales, provienen de los océanos de nuestro
planeta y que se proyectan como un nuevo recurso natural desde donde extraer
energía.
La Energía Undimotriz, una de las formas de energía proveniente de los océanos, es
aquella que aprovecha el movimiento oscilatorio de las olas, utilizando tanto la
energía cinética, como la energía potencial de las mismas. Existen estudios que
avalan la favorable condición de las costas de Chile para extraer este recurso
energético.
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Producto de la diversidad de la geografía, existen numerosas zonas aisladas de los
sistemas interconectados centrales de electricidad y que, en su mayoría, son
alimentadas por grupos electrógenos en base a combustibles fósiles.
Eventualmente, el sistema de generación eléctrica actual, podría ser complementado
con un sistema eléctrico a base de energía undimotriz, reduciendo de esta manera,
el uso de generadores de combustible fósil. Esto, contribuye a diversificar las fuentes
de energía, solucionando en parte, un problema existente que puede obstaculizar el
desarrollo local.
Este trabajo desarrolla un modelo para la implementación de un sistema eléctrico a
base de energía undimotriz, identificando zonas aisladas con características
favorables para la extracción de esta energía y en base a estos antecedentes,
determinar el tipo de dispositivo Undimotriz adecuado, contribuyendo la
independencia energética y logística en zonas aisladas del sistema eléctrico con una
fuente de energía inagotable y amigable con el medio ambiente.
1. INTRODUCCIÓN.
Existen dos grandes tipos de fuentes de energía en nuestro planeta, las renovables
y las no renovables. Las primeras son aquellas fuentes que no desaparecen al
transformar su energía en energía útil. Las segundas, no renovables, son aquellas
que se encuentran de forma limitada en el planeta y su velocidad de consumo es
mayor que la de regeneración.
Entre las fuentes de energías no renovables podemos nombrar los combustibles
fósiles como el gas natural, carbón y petróleo y la energía nuclear en forma de fisión
y fusión nuclear.
Gran parte de la energía eléctrica generada proviene del petróleo y sus derivados.
Esto causa contaminación debido a la producción, transporte y uso; genera gases
contaminantes como dióxido de carbono, óxido nitroso, monóxido de carbono,
responsables del calentamiento global, efecto invernadero y contaminación de
mares y océanos. Chile, por su parte, para la producción de energía, del Petróleo y
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sus derivados, los cuales al no existir en abundancia en el territorio nacional, deben
ser importados, trayendo como consecuencia, la dependencia de otros países de el
suministro de este producto.
Entre las energías renovables no convencionales (ERNC) se encuentran la energía
solar, eólica, biomasa, geotérmica, biocombustibles, mini-hidroeléctricas y marinas.
2. ENERGÍAS MARINAS.
Las denominadas Energías Marinas o Energía de los Océanos, son aquellas fuentes
de energía a partir del recurso marítimo de los océanos que cubren el planeta tierra.
Es un recurso ilimitado y existe en todas las regiones del mundo.
Chile se caracteriza por tener una gran franja costera, sumado a las características
especiales que ésta posee, como la alta pendiente de fondo marina; proyectan a las
energías marinas, como un futuro protagonista en la generación de electricidad en
nuestro país.
Dentro de las Energías Marinas se encuentran:
a) Energía de las mareas. (Mareomotriz).
b) Energía de flujo de corrientes marinas.
c) Energía de variación de salinidad.
d) Energía de variación de temperatura.
e) Energía de las olas. (Undimotriz).
La mayoría de estas tecnologías se encuentran en etapas tempranas de desarrollo.
“Las tecnologías de las olas y corrientes de las mareas están en un estado de
desarrollo similar a los de la industria eólica en 1980, los cuales podrían estar
disponibles comercialmente entre el 2015 y 2025”. (1)
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2.1. Energía undimotriz
La denominada Energía Undimotriz, es la tecnología utilizada para producir energía
eléctrica o desalinizar agua marina mediante un dispositivo que aprovecha la
energía generada por el movimiento oscilatorio de las olas. Algunos dispositivos
utilizan la energía cinética de las olas, mientras que otros usan la energía potencial
de éstas.
Esta energía es transformada mecánicamente y convertida en energía eléctrica, la
cual es transportada a tierra mediante cables.
Su principal recurso es la presencia de olas, por lo que presentan un mejor
desempeño en las zonas alejadas de la Línea del Ecuador, donde su potencial es
mayor. El nivel de energía de las olas se define en términos de potencia por unidad
de longitud [kW/m] y su potencia es proporcional al período y al cuadrado de la
altura de la ola.
Figura ¡Error! No hay texto con el estilo especificado en el documento.: Potencial de
energía undimotriz en el mundo. (2)
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2.2. Conversores de energía undimotriz
Los Conversores de energía undimotriz o WEC (Wave Energy Conversors), son
dispositivos que transforman la energía mecánica del oleaje en energía útil, en
donde las olas puedan interactuar con la capacidad de resistir la fuerza que estas
ejerzan sobre el mismo. En la actualidad existen varios tipos de estos dispositivos
patentados, se habla de alrededor de 1.000 dispositivos que convierten energía de
las olas de diversas maneras. (3)
2.3. Clasificación WEC
Los convertidores de energía del oleaje, se clasifican según ciertos principios
básicos que permiten agrupar a WEC, entre ellos por su operación, orientación
respecto al oleaje incidente y su ubicación relativa a costa. (4).
2.3.1. Operación.
Se clasifican según su operación en Osciladores de columna de agua, Sobrepaso y
Sistemas activos.
Figura 2: Oscilador de columna de agua, sistema de sobrepaso y sistema activo.
2.3.2. Orientación.
Respecto a su orientación respecto al oleaje incidente, se clasifican en absorbedores
puntuales, atenuadores y terminadores.
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Figura 3: Clasificación según su orientación al frente de ola.
2.3.3. Ubicación
Respecto a su ubicación relativa a la costa, se clasifican en de alta mar, cerca de
costa o en la costa.
Figura 4: Clasificación según ubicación relativa a costa
3. Metodología
La siguiente es la metodología diseñada como modelo para implementar un sistema
eléctrico a base de energía Undimotriz.
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Figura 5: Metodología de estudio para la especificación de un sistema de energía
undimotriz para zonas aisladas.
Lo primero es escoger un área general de interés para el estudio de implementación
de un sistema de energía Undimotriz.
3.1. Caracterización y cálculo de la demanda eléctrica.
Este punto, es el principio de este estudio, que tiene por objetivo, implementar un
sistema eléctrico de energía undimotriz en alguna zona en particular. Es necesario,
ser capaz de describir el sistema eléctrico del lugar donde se quiera instalar el
sistema de energía Undimotriz, con el propósito de poder dimensionar el consumo
de energía y la potencia eléctrica necesaria para alimentar el sistema eléctrico.
De esta forma, es necesario efectuar un cuadro de cargas para poder dimensionar la
potencia necesaria que deberá tener el sistema de energía Undimotriz, así como
también, una estimación del consumo diario de energía eléctrica, mensual y anual
del lugar.
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3.2. Confección modelo de transferencia de oleaje.
Es necesario conocer las características generales del oleaje en la zona indicada.
Para esto existen diversos estudios de olas; si el lugar no posee, es necesario
efectuar una transferencia de oleaje para verificar los puntos de mayor potencial
energético.
Para obtener un modelo de olas es necesario contar con un Hindcast de oleaje de
aguas profundas, la batimetría del lugar y una serie de funciones de transferencia
que proyecten los datos de aguas profundas a las aguas someras.
En general, para obtener una descripción completa del oleaje en aguas profundas,
se deberá obtener una base de datos de a los menos 20 años en la que se deberán
presentar un conjunto de valores representativos que caracterizan las olas de una
determinada zona en términos de la altura significativa espectral Hmo, el período
peak espectral Tp y la dirección peak espectral DPK. Los estudios de oleaje en
aguas profundas deben desarrollarse a través de un Hindcast espectral
bidimensional, lo que implica, energía versus frecuencia versus dirección. Este
Hindcast debe incluir cálculos y entregar los espectros bidimensionales cada tres
horas como máximo.
Un Hindcast no está desarrollado en base a mediciones in situ, sino que es una
especie de “predicción” de condiciones pasadas. La información que entregan está
formada por una serie de datos de oleaje cada 3 horas, correspondientes a estados
de mar válidos para tal intervalo de tiempo.
La batimetría es la distribución de profundidad en el aérea del mar, ésta se debe
obtener de la digitalización de cartas náuticas o mediciones in situ de profundidad en
los sitios de estudio.
La transferencia de oleaje de aguas profundas a aguas someras, se realiza
mediante ciertas funciones de transferencia, las cuales pueden variar según el
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modelo de transferencia utilizado. En general se utilizan las siguientes suposiciones
que pueden variar dependiendo del modelo:
- Pendiente de fondo suave.
- Condiciones homogéneas de oleaje costa afuera.
- Régimen permanente de olas, corrientes y vientos.
- Fricción de fondo despreciable.
El modelo resuelve las propiedades del oleaje promediadas en fase, lo cual es
aceptable para este tipo de análisis, que no requiere simular variaciones rápidas de
oleaje.
Luego, se debe realizar la transferencia de la base de datos de aguas profundas,
aplicando a cada uno de las celdas de la matriz de energía del espectro, el
correspondiente coeficiente de altura de oleaje y el cambio de dirección asociado,
para luego rearmar el espectro resultante en aguas someras.
3.3. Obtención de parámetros para la zona de interés.
Este nuevo espectro es reintegrado de modo de obtener parámetros de resumen
(Hmo, Tp y DPK), representativos del estado del mar.
- Altura media espectral (Hmo): Corresponde a la altura significativa de ola (Hs)
en algún sitio seleccionado, calculado de acuerdo a la expresión (3-1)
Donde mo es el momento cero del espectro.
- Período Peak espectral (Tp): Corresponde al período relacionado con el peak
del espectro.
- Dirección peak espectral (DPK): Corresponde a la dirección de ola asociado al
peak del espectro.
Estimación de la potencia del oleaje y cálculo de la energía
Se calculó la potencia promedio según el método desarrollado en el paper
Evaluation of the Potential of Wave Energy in Chile (Monárdez y Acuña) (5), la cual
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es definida como la tasa media de transferencia de energía por unidad de ancho, a
través de un plano vertical perpendicular a la dirección del oleaje.
La potencia del oleaje fue calculada del espectro rearmado en aguas someras y la
celeridad del grupo de olas, utilizando la expresión (3-2)
Donde P es la potencia media, el valor de densidad del agua de mar, S es la energía
espectral como función de la frecuencia (f) y la dirección (), Cg es la celeridad del
grupo de olas como función de la frecuencia y de la profundidad del agua en metros
(h).
3.4. Validación del modelo con mediciones in-situ
Es necesario verificar el modelo de propagación de oleaje, luego, se debe comparar
la información modelada teóricamente con información real medida in situ por algún
instrumento.
Se debe comparar estadísticamente los parámetros de resumen de mediciones in
situ, mediante alguna boya u otro instrumento de medición y los parámetros
generados por el modelo de transferencia de oleaje en el mismo punto.
3.5. Determinación y selección de punto de instalación
Para la selección de sitios de estudio, se tomó en cuenta el grado de exposición al
oleaje, ya que la presencia de obstáculos genera zonas protegidas de baja altura de
ola, las cuales no son recomendables para instalar una central de energía
undimotriz, caso contrario a la selección de sitios para el emplazamiento de puertos,
donde es importante elegir un lugar protegido por penínsulas, cabos o islas.
Otro aspecto a considerar es la variación de la potencia del oleaje en zonas
relativamente pequeñas en torno a un determinado punto producto de la
configuración de la batimetría, que inducen fenómenos tales como la refracción.
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Luego, los sitios más idóneos para la instalación de un dispositivo o central
undimotriz son las puntas expuestas al oleaje o Hot Spots, ya que en esas zonas
convergen el oleaje en un área relativamente más pequeña que la totalidad de la
costa.
Otro elemento a considerar es la distancia desde nuestro nodo de propagación a la
línea de costa, la cual va variando de acuerdo a sus características morfológicas.
Como ejemplo se puede mencionar el caso de las bahías, las que en general, se
caracterizan por tener pendientes suaves, mientras que en torno a las puntas o
saliente, la batimetría desarrolla pendientes más elevadas.
3.5.1. Criterios de selección
Existen criterios de selección que van más allá del propio potencial de olas y sus
variables eléctricas que influyen en los costos de una central de energía undimotriz.
Las distancias a líneas de transmisión, los caminos de acceso, disponibilidad de
maquinaria e insumos para la construcción, disponibilidad de servicios marítimos y
portuarios para la instalación y mantención de las centrales, son elementos a
considerar, en general, para reducir costos en el emplazamiento de una central de
este tipo.
Los criterios escogidos para evaluar el mejor sitio de instalación de un equipo
undimotriz en una zona aislada, son los siguientes:
- Recurso energético de olas.
- Batimetría.
- Cercanía a la carga eléctrica.
- Zonas especiales.
Distancia a lugares de interés turístico.
Distancia a rutas de navegación.
Para el presente trabajo, se utilizó para la toma de decisiones, el software Expert
Choice, el cual permite elaborar modelos de decisión para evaluación y selección de
alternativas o toma de decisiones mediante un modelo jerárquico o en forma de
árbol de decisión, utilizando el método AHP (Analitic Hierarchy Process). La
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composición de un modelo jerarquizado, permite establecer un determinado factor
de peso sobre cada criterio en comparación relativa con cada criterio de su mismo
nivel; con ello se determina la mejor alternativa en cada nivel del árbol. Finalmente,
el software realiza la ponderación y adición de todos los pesos obteniendo una
calificación global para cada alternativa.
Figura 6: Resultados de ponderación de selección de punto de instalación por
criterio.
3.6. Selección Tecnología a utilizar
Para poder escoger cual tecnología de dispositivo undimotriz es el más adecuado
para la zona de interés, se hace necesario realizar una valorización de las
características más importantes de cada uno con el propósito de ser capaz de
evaluar en forma objetiva cuál de ellos se adapta de mejor manera a las
características del oleaje del sector.
3.6.1. Criterios de selección
Finalmente, en base a los antecedentes mencionados, se establecieron los
siguientes criterios y sub criterios para la selección del tipo de tecnología undimotriz
más adecuado para ser instalado en el sitio de selección en el Cabo de Hornos:
- Aspectos técnicos.
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Madurez tecnológica.
Supervivencia en condiciones atmosféricas adversas.
- Aplicación al sitio.
Potencia de salida.
Profundidad y distancia de costa.
- Prestigio del fabricante del dispositivo.
Figura 7: Resultados de ponderación de selección de tecnología por criterio.
3.7. Configuración de elementos del sistema
Una vez que se haya seleccionado el sitio y la tecnología de convertidor de energía
de las olas a utilizar, se procede a desarrollar la configuración que más se ajuste a
los objetivos propuestos del proyecto.
En el caso de lugares aislados del sistema interconectado, lo usual es que use un
sistema de ERNC respaldado por un sistema basado en combustible fósil, como lo
son generadores diesel. De esta manera, se puede reducir los costos de operación
de manera significativa. En el caso de la energía undimotriz se ha dicho que “la
energía de las olas es entre cinco y diez veces más intensa que la proveniente del
viento y el sol respectivamente, lo cual la convierte en una atractiva fuente de
energía”. (5)
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Un sistema híbrido de poder, es un sistema eléctrico de potencia que incluye más de
un tipo de conversión de la energía en él. Existen diversos tipos de sistemas
híbridos, los cuales implican diferentes tipos de combinaciones de sistemas de
ERNC, como también, de energías no renovables y sistemas de almacenamiento
varios (baterías, volante de inercia, celda de combustible de hidrógeno, etc). El
sistema híbrido de potencia es capaz de proveer la potencia requerida a las cargas
conectadas con un control adecuado y una efectiva coordinación entre varios
subsistemas.
Algunas consideraciones a tener en cuenta para la conformación del sistema
eléctrico híbrido:
- Variación de la energía: Debido a la irregularidad en la amplitud, fase y
dirección de la ola es difícil obtener una máxima eficiencia en la conversión de
energía.
- Problemas para acoplar el movimiento irregular de la ola a los generadores
eléctricos.
- La función intermitente de la onda requiere de un sistema de almacenamiento
de energía para alimentar las cargas de la red, sin tener perturbaciones y
ruido, de esta manera, puede asegurar la estabilidad del voltaje del enlace de
energía, la calidad de esta y la confiabilidad.
3.8. Especificación técnica
La especificación técnica del sistema undimotriz constará de los siguientes
subsistemas:
- 01 Tecnología WEC.
- 01 Subestación elevadora de tensión.
- 01 Sistema de amarre y anclaje.
- 01 Subestación reductora de tensión.
- 01 Sistema de transmisión.
- 01 Sistema de almacenamiento.
- 01 Sistema de rectificación e inversión.
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Es importante tener en cuenta además:
- Disposición física y lugar de instalación.
- Conexión al sistema eléctrico local.
- Clasificación y certificación.
- Requerimientos específicos.
- Estructura.
- Factor de seguridad
- Sistema de protección contra corrosión.
- Señalización marítima.
- Instrumentos de navegación.
- Estabilidad e integridad estanca.
3.9. Evaluación económica preliminar
Existen diversos factores que influyen en la estimación de costos de un sistema
undimotriz. Los principales costos de proyectos de este tipo, son costos por
inversión del equipo, instalación, conexión y transporte de energía. Muchos de estos
costos no son conocidos, debido al reciente desarrollo de esta tecnología, por lo que
se deben estimar.
Es importante señalar que estos costos no son fijos y que pueden ir variando con el
tiempo a medida que la tecnología avanza y se gana experiencia en este tipo de
proyectos, de esta manera, los costos de inversión pueden ser reducidos. Sin
embargo, la falta de fabricación industrial en este tipo de dispositivos y sus altos
costos de inversión inicial encarece sus valores, aunque con la expectativa de
disminuir.
Se deben considerar:
- Costos de inversión inicial.
- Costos por operación y mantenimiento.
- Costos por desmantelamiento al final de vida útil.
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Debido a la falta de proyectos con fines comerciales desarrollados con tecnología
undimotriz, es difícil conocer los costos que implica la instalación del sistema, por lo
que se deben estimar en base a proyectos de ingeniería marítima.
Tabla 1: Distribución de costos de instalación o inversión inicial. (6)
Se deben considerar además, los posibles ingresos del sistema.
- Ahorro de combustibles fósiles.
- Bonos gubernamentales ERNC.
- Venta de energía.
Por último es necesario efectuar flujo de caja considerando un horizonte de
evaluación de los años que se considere el proyecto, obteniendo de esta manera,
los indicadores de la evaluación del proyecto de Valor Actual Neto (VAN) y Tasa
Interna de Retorno (TIR), además de los costos de una central undimotriz.
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
4.1. Con los equipos de energía undimotriz de mayor desarrollo en el mercado, es
posible configurar un sistema de generación técnicamente viable.
4.2. Se desarrolló un modelo para la especificación de un sistema de energía
undimotriz para zonas aisladas, el cual incluye dimensionamiento de la carga
eléctrica, modelo de transferencia de oleaje, verificación de parámetros con datos de
olas in situ, selección del sitio y tecnología undimotriz a instalar, configuración de un
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sistema de generación y desarrollo de especificación técnica del proyecto, para
incluir finalmente su evaluación económica preliminar.
4.3. Un sistema de generación a base de energía undimotriz, todavía no es
económicamente rentable. La tecnología todavía se encuentra en etapas tempranas
de desarrollo (comparadas con otras formas de ERNC), esto sumado a los altos
costos de inversión inicial, producto de los distintos trabajos de ingeniería marítima
que hacen difícil una reducción de estos costos y la falta de una economía de escala
mayor en su producción.
4.4. Para poder hacer costo-efectivo este tipo de proyectos en zonas aisladas, es
necesario reducir considerablemente los costos de inversión inicial e implementar
políticas de economía de escala, logrando de esta manera, que la energía
undimotriz entre a competir de igual a igual con otros tipos de ERNC, representando
una solución energética para las comunidades aisladas en general.
4.5. Se recomienda efectuar estudio de centros de consumo, que presenten una
mayor demanda energética como potenciales receptores de este tipo de energía, en
la cual, los costos no dependientes del tamaño de la central, se puedan amortizar de
mejor forma.
4.6. Se recomienda utilizar el presente trabajo como base para un análisis de
potencial energético de olas, en un una zona donde sea económicamente viable
instalar una central undimotriz.
5. BIBLIOGRAFÍA.
1. SEI 2005. Sustainable Energy Ireland. 2005.
2. SET-TE Ocean Abengoa. Energía Oceánica. [En línea] [Citado el: 15 de Abril de
2012.]http://www.energiaycambioclimatico.com/colab/export/sites/foro/resources/pdf/
programa_investigacion/investigacion/101126_SET-TE_ocean.pdf.
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3. SAENZ, F. Sustainable Energy in Chile; Presents and Future Prospects for Wave
Power. s.l. : Reporte solicitado como requisito parcial para optar al grado de MSc.
Operations Management, University of Nottingham., 2006.
4. CARTER, R.W. Wave Energy Converters and a Submerged Horizontal Plate . s.l. :
Tesis para optar al grado de Master of Science. Universidad de Hawaii, 2005.
5. MONÁRDEZ, P., ACUÑA, H., SCOTT, D. Evaluation of the Potential of Wave
Energy in Chile. Estoril : Proceedings of the ASME 27th International Conference on
Offshore Mechanics and Artic Engineering. OMAE, 2008.
6. OZKOP, E., ALTAS, I.H. y SHARAF, A.M. A Novel Fuzzy Logic Tansigmoid
controller for wave energy converter-grid interfase DC energy utilization farm . s.l. :
IEEE.
7. MEDEL, S. (Peralta, M., P.G.). Estudio de implantación de tecnologías
mareomotrices y undimotrices como pequeños medios de generación distribuida.
Santiago : Memoria para optar al Título de Ingeniero Civil Electricista, Universidad de
Chile, 2010.
ANEXO
A. Ejemplo de aplicación: Cabo de Hornos, Chile.
Utilizando el modelo anteriormente descrito, se efectuó un estudio para la
implementación de un sistema de energía undimotriz para la Alcaldía de Mar de
Cabo de Hornos, una pequeña isla al extremo sur de Chile, que marca el fin del
continente americano.
La Armada de Chile tiene una Alcaldía de Mar, que cumple las funciones de control
de la navegación y tráfico marítimo. La Alcaldía de Mar tiene una casa para el
personal del faro y su respectiva familia. A su vez, la Alcaldía tiene una sala de
radio, radar y equipos de medición meteorológica. Además de la señalización
marítima.
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A.1 Caracterización y cálculo de la demanda eléctrica.
El sistema eléctrico de la Alcaldía de Mar de Cabo de Hornos se encuentra
alimentado por grupos electrógenos de 220 [VAC] monofásico y baterías.
La energía eléctrica se obtiene directamente de los generadores diesel
(aproximadamente, un tercio del día), obteniéndose el resto del día del banco de
baterías, a través de un inversor, el cual transforma los 48 [VCC] del banco a
220[VAC] que usa el sistema eléctrico de la Alcaldía.
Figura A-1: Esquema resumen del circuito eléctrico de la Alcaldía de Mar de Cabo
de Hornos.
El estudio de cargas y consumos de de la Alcaldía de Mar de Hornos arrojó los
siguientes resultados:
Tabla A-1: Resultados cuadros de cargas y consumos en Cabo de Hornos.
1520Libro de Ponencias y Conferencias del XXIII Congreso Panamericano de Ingeniería
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A.2 Confección modelo de transferencia de oleaje.
El modelo de transferencia de oleaje se desarrolló utilizando:
a) Nodo 56S de la base de datos de olas del Proyecto Olas Chile IV (Propiedad de la
empresa Baird & Associates).
b) Modelo numérico STWAVE (STeady state sprectral WAVE model), versión 4.0
desarrollado por el US Army Corps of Engineers (USACE) (7)
c) Batimetría obtenida de la digitalización de las cartas náuticas del sector.
A.3 Obtención de parámetros para la zona de interés.
Finalmente se obtuvieron los siguientes parámetros en tres zonas de mayor
potencial de energía por metro de frente de ola indicadas en la siguiente figura.
1521Libro de Ponencias y Conferencias del XXIII Congreso Panamericano de Ingeniería
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A.4 Validación del modelo con mediciones in-situ.
Para esto se utilizó información de altura de ola en el punto L: 56°32’30’’ S G:
068°38’00’’ W ubicado a 2,73 millas náuticas al SE de las Islas Diego Ramírez,
proporcionada por el CENDHOC (Centro Nacional de Datos Hidrográficos y
Oceanográficos) a través de mediciones efectuadas por una boya Waverider.
Figura A-5: Validación directa de clima de oleaje en Diego Ramírez, gráfico de
comparación Hindcast vs Waverider.
A.5 Determinación y selección de punto de instalación.
Se ingresaron los datos de cada posible sitio de instalación (correspondiente a cada
nodo de estudio) a la matriz de decisión, arrojando como mejor lugar de instalación,
el sitio N°2, tal como muestra la figura a continuación.
1522Libro de Ponencias y Conferencias del XXIII Congreso Panamericano de Ingeniería
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Figura A-7: Resultado de la selección de la tecnología.
A.7 Configuración de elementos del sistema.
De esta forma, el sistema que este trabajo propone es un SHGEE (Sistema Híbrido
de Generación de Energía Eléctrica) de baja potencia compuesto de un generador
de energía undimotriz en combinación con un sistema de grupos generadores
Diesel, tal como lo muestra la siguiente figura.
Figura A-8: SHGEE undimotriz para Hornos.
El SHGEE funciona de la siguiente forma:
a) El APF entrega energía eléctrica de 208 [VAC] y 60 [Hz] de frecuencia.
b) Una subestación submarina eleva la tensión de salida a 4 [kVAC].
1523Libro de Ponencias y Conferencias del XXIII Congreso Panamericano de Ingeniería
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c) La energía en media tensión es transmitida por cables submarinos hacia la
costa.
d) En tierra, la energía es transmitida por cables subterráneos hacia la
subestación reductora de la Alcaldía
e) La subestación reduce la media tensión a 380 [VAC] trifásico.
f) La energía eléctrica es distribuida en la barra AC de la Alcaldía.
g) El cargador/inversor Trace será utilizado como convertidor bidireccional.
En resumen, se puede alimentar la barra desde tres elementos, el generador
undimotriz, el banco de baterías o de los generadores. A su vez, el banco de
baterías, a través del cargador/inversor actúa como carga de la barra AC, cargando
el banco de baterías cuando este se descargue bajo cierto punto.
A.8 Especificación técnica.
A modo de resumen, la especificación técnica del sistema se compone de:
Tabla A-3: Resumen especificación técnica SHGEE:
1524Libro de Ponencias y Conferencias del XXIII Congreso Panamericano de Ingeniería
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A.9 Evaluación económica preliminar.
Finalmente, los costos fueron estimados en base a trabajos de ingeniería marítima y
de costa.
Tabla A-4: Costos totales sistema undimotriz
Los posibles ingresos anuales por ahorro de combustible en la Alcaldía, ahorro de
combustible por menor frecuencia de viajes y los ingresos fijos por venta de un
generador y de la venta del APF al final de su vida útil, se muestran en la siguiente
tabla.
Tabla A-5: Ingresos totales.
Se efectuó un flujo de caja considerando un horizonte de evaluación de 30 años,
obteniendo de esta manera, los indicadores de la evaluación del proyecto de VAN y
TIR, además de los costos de una central undimotriz.
Se utilizó una tasa de descuento del 8%, que es la usada para proyectos en la
Armada de Chile.
1525Libro de Ponencias y Conferencias del XXIII Congreso Panamericano de Ingeniería
Naval, Costa Afuera e Ingeniería Portuaria COPINAVAL 2013
Figura A-9: Análisis VAN del sistema de energía undimotriz de Hornos.
Tabla A-6: Indicadores de evaluación de proyectos.
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