| TAZ-TFM-2019-1344 |
Cálculo parametrizado de una instalación fotovoltaica aislada para el abastecimiento de electricidad a poblados de África
Aranda Rodríguez, Jorge Miguel
Bayod Rújula, Ángel Antonio (dir.) ; Mur Villader, Manuel (dir.)
Universidad de Zaragoza,
EINA,
2019
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Área de Ingeniería Eléctrica
Máster Universitario en Ingeniería Industrial
Resumen: El presente proyecto se enmarca dentro del ámbito del abastecimiento de energía eléctrica mediante instalaciones o micro-redes eléctricas sin conexión a la red general de distribución, también llamadas instalaciones Off-Grid o micro-redes aisladas.
Se presenta en primer lugar la situación actual de las poblaciones rurales de los países de África subsahariana. Estas poblaciones acusan una grave escasez de agua potable y energía eléctrica. Se aportan una serie de datos estadísticos y gráficos en los que se justifica el desarrollo de este proyecto para poder lograr el desarrollo socioeconómico de estas poblaciones y se describen los beneficios derivados de la electrificación rural. Se exponen también los objetivos de desarrollo del milenio en los que aparece la situación deseable a corto y medio plazo.
Una vez descrito el estado actual y los objetivos que se pretenden lograr, se presenta de manera esquemática la solución propuesta y se hace una breve introducción de los elementos de los que constarán las instalaciones de generación y abastecimiento de agua. Además, se analizan las necesidades básicas de una persona en cuanto a uso de agua y energía. En este capítulo se distinguen los distintos niveles de acceso a la energía y las consecuencias para la salud que conlleva pertenecer a un nivel o a otro.
Definidas estas necesidades, se desarrolla parte técnica del proyecto. Se comienza describiendo la herramienta creada para el cálculo parametrizado de estas instalaciones que permite, a partir de la información acerca de la población y de las características climatológicas del emplazamiento (variables de entrada “input”), determinar las variables de diseño y seleccionar los distintos equipos de los subsistemas de la instalación (output).
En el diseño de la herramienta, se han propuesto dos alternativas que, según el caso, pueden proporcionar un resultado más ajustado a las necesidades individuales de cada proyecto (AC Coupling y DC Coupling). En ambas opciones se han incluido bases de datos de algunos de los equipos existentes en el mercado de manera que en el cálculo se asegure la compatibilidad eléctrica entre los distintos subsistemas de la instalación y se incluyen datos que permiten visualizar si cada sistema presenta un dimensionado correcto en base a los requerimientos eléctricos.
La herramienta incluye la posibilidad de seleccionar la fuente de suministro de agua que se adecúe a las condiciones geográficas y a las necesidades de cada caso (pozo o desalinización) y calcular el gasto energético que supondrán los equipos de estas instalaciones de suministro. También se ha calculado el volumen que deberá tener el tanque de almacenamiento según el caudal de suministro y las necesidades de consumo y se hace una propuesta de sus dimensiones de acuerdo a un criterio de optimización de coste.
A continuación, se hace una comparativa económica entre los costes de inversión inicial de la microgrid “centralizada” y la alternativa descentralizada para el rango de habitantes que pretenden cubrir las instalaciones derivadas de este proyecto (20-200).
Continuando con el análisis, se desarrolla la solución técnica de las dos alternativas para una localización arbitraria de África subsahariana y se muestra una tabla resumen con los resultados de los equipos que se requerirían en cada una de ellas
Por último, se muestran las soluciones de tres emplazamientos reales resueltos con la herramienta creada y se simulan con HOMER PRO para buscar la solución óptima teniendo en cuenta los costes de operación de la instalación a lo largo del ciclo de vida del proyecto. En el capítulo final se describen las conclusiones del proyecto.
Se presenta en primer lugar la situación actual de las poblaciones rurales de los países de África subsahariana. Estas poblaciones acusan una grave escasez de agua potable y energía eléctrica. Se aportan una serie de datos estadísticos y gráficos en los que se justifica el desarrollo de este proyecto para poder lograr el desarrollo socioeconómico de estas poblaciones y se describen los beneficios derivados de la electrificación rural. Se exponen también los objetivos de desarrollo del milenio en los que aparece la situación deseable a corto y medio plazo.
Una vez descrito el estado actual y los objetivos que se pretenden lograr, se presenta de manera esquemática la solución propuesta y se hace una breve introducción de los elementos de los que constarán las instalaciones de generación y abastecimiento de agua. Además, se analizan las necesidades básicas de una persona en cuanto a uso de agua y energía. En este capítulo se distinguen los distintos niveles de acceso a la energía y las consecuencias para la salud que conlleva pertenecer a un nivel o a otro.
Definidas estas necesidades, se desarrolla parte técnica del proyecto. Se comienza describiendo la herramienta creada para el cálculo parametrizado de estas instalaciones que permite, a partir de la información acerca de la población y de las características climatológicas del emplazamiento (variables de entrada “input”), determinar las variables de diseño y seleccionar los distintos equipos de los subsistemas de la instalación (output).
En el diseño de la herramienta, se han propuesto dos alternativas que, según el caso, pueden proporcionar un resultado más ajustado a las necesidades individuales de cada proyecto (AC Coupling y DC Coupling). En ambas opciones se han incluido bases de datos de algunos de los equipos existentes en el mercado de manera que en el cálculo se asegure la compatibilidad eléctrica entre los distintos subsistemas de la instalación y se incluyen datos que permiten visualizar si cada sistema presenta un dimensionado correcto en base a los requerimientos eléctricos.
La herramienta incluye la posibilidad de seleccionar la fuente de suministro de agua que se adecúe a las condiciones geográficas y a las necesidades de cada caso (pozo o desalinización) y calcular el gasto energético que supondrán los equipos de estas instalaciones de suministro. También se ha calculado el volumen que deberá tener el tanque de almacenamiento según el caudal de suministro y las necesidades de consumo y se hace una propuesta de sus dimensiones de acuerdo a un criterio de optimización de coste.
A continuación, se hace una comparativa económica entre los costes de inversión inicial de la microgrid “centralizada” y la alternativa descentralizada para el rango de habitantes que pretenden cubrir las instalaciones derivadas de este proyecto (20-200).
Continuando con el análisis, se desarrolla la solución técnica de las dos alternativas para una localización arbitraria de África subsahariana y se muestra una tabla resumen con los resultados de los equipos que se requerirían en cada una de ellas
Por último, se muestran las soluciones de tres emplazamientos reales resueltos con la herramienta creada y se simulan con HOMER PRO para buscar la solución óptima teniendo en cuenta los costes de operación de la instalación a lo largo del ciclo de vida del proyecto. En el capítulo final se describen las conclusiones del proyecto.
Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master
Notas: Resumen disponible también en inglés.
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