ENERGÍAS RENOVABLES EN LA ELECTRIFICACIÓN  RURAL  DESCENTRALIZADA

ENERGÍAS RENOVABLES EN LA ELECTRIFICACIÓN  RURAL  DESCENTRALIZADA

Ing. Roberto Rengifo EscobarE-mail: rrengifo@perseus.unalmed.edu.coUniversidad Nacional de Colombia – Sede MedellínFacultad de MinasEscuela de Procesos y EnergíaApartado Postal: 1027Medellín - Colombia

1.  Introducción

   En la última década, se ha mirado a nivel mundial, la necesidad de contribuir en el desarrollo de aquellas familias marginales, fundamentalmente en las zonas rurales, no sólo por un acto de solidaridad social sino para que teniendo estas un mejor nivel de vida se evite  su migración a las ciudades principales a engrosar los cordones de miseria y hacer más conflictiva la situación social de los habitantes.

  Al hablar  de electrificación rural descentralizada, se refiere a dotar a esa comunidades aisladas, por fuera de las redes centralizadas de energía eléctrica, de dicho recurso, con el fin  de mejorarles su nivel de vida       supliendo esas necesidades insatisfechas.

   Variadas son pues, las demandas de energía. Una comunidad o familia requiere suplir sus necesidades energéticas de calor (cocción de alimentos, secado y climatización de ambientes), de energía eléctrica directamente para iluminación, radio, TV , comunicación y en general para todos los electrodomésticos y herramientas que requieren de electricidad para su funcionamiento. Variadas son sus necesidades y variadas pueden ser las fuentes que contribuyan a solucionar dichas demandas.

   Para suplir lo anterior, el desarrollo tecnológico, presenta otras alternativas de fuentes energéticas, diferentes a las tradicionales, las cuales permiten cubrir con eficiencia las demandas planteadas logrando un desarrollo autónomo y sostenible empleando los recursos que se encuentran en la región. Previa evaluación de cada  recurso se optaría, según las demandas presentadas, cuál es la fuente o combinación de fuentes más adecuada desde el punto de vista técnico y económico

   El trabajo, presenta las diferentes opciones energéticas a las que pueden acceder las comunidades, especialmente en zonas rurales y por fuera de las redes de distribución nacionales.

   Se destacan dentro de la gama de energías Alternativas o Energías Renovables, las siguientes:

Energía Solar: Conversión Térmica y fotovoltaica.

Hidráulica: Pequeñas Centrales Hidroeléctricas, PCH.

Eólica.

Biomasa.

Energía de las Olas y /o Mareomotríz

2.  Alternativas energéticas.

   Como alternativas, trataremos aquellas energías renovables que tecnológica y económicamente son más viables en zonas apartadas, en nuestros países  a saber:

   2.1 Energía Solar. La energía radiante del sol, es prácticamente la madre de todas las energías disponibles. Esta radiación – ondas electromagnéticas-, se puede convertir en calor o en electricidad.

   2.1.1  La conversión de la radiación solar en calor, conversión fototérmica, es la más empleada en el mundo. Las cocinas o estufas solares, ya son muy comunes en algunos países de Centroamérica, como una forma de aprovechar dicha energía en la cocción de alimentos, con resultados bastante satisfactorios. Tal vez, las aplicaciones más comunes están orientadas al calentamiento de agua para climatización de ambientes, piscinas y para uso doméstico en viviendas, hoteles, hospitales y restaurantes. Lo mismo que el calentamiento de aire aplicable en procesos de secado de productos agrícolas o calentamiento de ambientes.

  También, se conocen grandes instalaciones de destiladores solares para proveer de agua potable a partir de agua salobre o contaminada, a comunidades escasas de dicho recurso. Los sistemas pasivos, invernaderos o grandes ventanales o muros dispuestos para tal efecto, también han tenido buena acogida. Lo anterior, en aplicaciones para bajas temperaturas.

   En altas temperaturas, se han logrado construir hornos solares (Odeillo y Mont Louis en Francia, entre otros), lo mismo que centrales térmicas solares en Francia, España, Italia, USA. Para ello, se recurre al método de concentrar la radiación empleando los sistemas ópticos conocidos. 

   Volviendo a nuestro problema energético en zonas apartadas, nuestra demanda térmica solar, se dirige al calentamiento de agua y calentamiento de aire para el secado de productos agrícolas.

   El sistema de calentamiento de agua, a termosifón, lo conforma:

         Colectores solares de placa plana a agua

         Tanque térmico de almacenamiento.

         Tubería, accesorios y válvulas

         Aislamiento térmico

Eficiencia del sistema:                   40 – 60%

Costo sistema:                         150 a 300 US$/m2

El sistema de secado solar se compone de:

         Colectores solares de placa plana a aire

         Ventiladores

         Cabina de secado

         Ductos

         Control  con sensores de humedad y temperatura del aire

Eficiencia del sistema:              aprox.  30%

Costo del sistema:                   200 a 350 US$/m2

   2.1.2 La conversión de la radiación solar en electricidad, conversión fotovoltaica, permite emplear corriente directa a 12 V, para suplir las necesidades básicas. Con el auge de estos sistemas  se consiguen en el mercado muchos equipos que están acondicionados a estas condiciones. De presentarse el caso, en que se dispone de antemano equipos a 110 o 120 V, corriente alterna, se requiere emplear un inversor de corriente seleccionado de acuerdo a las cargas máximas CD y CA.

   El sistema solar fotovoltaico se compone de un  panel/es solar/es fotovoltaicos, batería/s, control de carga del sistema, estructura de soporte  y opcionalmente el inversos de corriente.

   Para dimensionar un sistema solar, se requiere conocer la disponibilidad del recurso solar en el lugar donde se instalará y la carga o demanda.

   2.2  Energía Hidráulica. Se refiere, en éste caso al empleo de pequeñas centrales hidroeléctricas (PCH), para suplir las demandas de electricidad. Se consiguen en el comercio PCHs en una amplia gama de potencias, desde 100 W  hasta 5 megawatios, según la clasificación que de estas estableció la OLADE.

   Tienen la ventaja de que pueden trabajar con pequeñas caídas y bajos caudales e inclusive para aprovechamientos con aceptable caudal, se consiguen PCHs a filo de agua, las cuales fundamentalmente trabajan con caudal.

   2.3  Energía Eólica. Se trata de  aprovechar  la energía cinética contenida en el movimiento de las masas de aire.    La potencia eólica disponible es directamente proporcional al cubo de la velocidad del viento.  Ha sido la energía renovable de más  amplio desarrollo en los últimos 15 años.

  2.4  Energía de Biomasa. La biomasa, es la energía que se produce cuando la energía solar se convierte en química a través del proceso biológico de la fotosíntesis. Es decir, la biomasa es energía química almacenada en materias orgánicas. Esta energía tiene la cualidad de ser renovable.

Existen dos formas de clasificar la biomasa;  biomasa primaria y biomasa residual.

  La Biomasa Primaria, es aquella que existe y es aprovechada en su estado natural  y son los cultivos, árboles, pastos, plantas acuáticas, etc. El aprovechamiento energético de  esta biomasa es muy ineficiente y más bien es necesario conservarla y protegerla por el alto impacto que tiene en los ecosistemas, con la excepción de los llamados cultivos energéticos o sean, arbustos de corta rotación y pastos sembrados para ser utilizados como combustible.

  La Biomasa Residual, es como su nombre lo indica, residuos agropecuarios como pulpa de café, cascarilla de arroz o  procesamiento de la biomasa, primaria limpieza de bosques, desechos orgánicos de animales en pie, residuos de sacrifico o de procesamiento. Así mismo, son considerables las cantidades de biomasa residual en las basuras municipales, mercados públicos y los vertimientos domésticos a las alcantarillas. 

3. Demanda de Energía.

   Para el diseño de un sistema de Energías renovables, es conveniente conocer la disponibilidad del recurso, acudiendo a las oficinas de mediciones metereológicas locales,  o nacionales para acceder a los mapas de radiación, de vientos o datos de los caudales máximos, mínimos y promedio de la cuenca en estudio. Así mismo, se consigue  software de algunas agencias, que nos permite acceder a una importante base de datos con sólo la ubicación geo-referenciada del lugar.

A continuación, se presentarán algunas tablas de consumo en sistemas aislados.

  3.1 Consumos en Viviendas, Puestos de Salud y Establecimientos Educativos

Tabla  1.   Consumo doméstico básico.

EQUIPOS

Cant.

Potencia

W

Utilización

h/día

Carga diaria

Wh/d

Carga mensual

kWh/m

Lámparas eficientes

5

15

4

300

...