Tesis de la Licenciatura en Ciencias del Ambiente
 
Las Energías Renovables como Solución de Abastecimiento Eléctrico a las Escuelas Rurales Dispersas de la Provincia de Río Negro - Argentina

Tercera parte
Por Guillermo F. Urribarri
Director de Tesis: Dr. Luis Reinaldo Fernández
Miembro del Consejo Editorial
lrf@ambiente-ecologico.com

Argentina


8. Dimensionamiento de la Demanda Energética de las Escuelas sin Energía


8.1 Caracterización de las escuelas

   En cuanto a la caracterización de las escuelas, según información del Consejo Provincial de Educación no existen escuelas tipo. Se construye cada una de ellas en función de las características particulares de cada demanda. Además, es muy corriente que la población construya aulas o instale instrumentos por su propia cuenta sin informar a las autoridades educativas.

   La necesidad básica actual de estas escuelas es la de iluminación, sin embargo, como la electrificación es un acelerador del desarrollo y del proceso de difusión de los modos de consumo modernos, es necesario tener en cuenta la posible inclusión de nuevos artefactos eléctricos en las escuelas rurales a electrificar aunque la demanda de los mismos no pueda ser observada en la actualidad. Por lo tanto, se contemplará el uso de energía para un televisor y una videograbadora, previendo un posible equipamiento de las escuelas con estos medios de comunicación.

   Por otro lado, para poder establecer una escala de servicio y dimensionar el suministro se determinará un número de aulas en función del número de alumnos, tomando como promedio un valor de 20 alumnos por aula.

   Para llegar a determinar la demanda energética de las escuelas, la Secretaría de Energía encaró una serie de encuestas a fin de obtener datos y registros que luego de ser analizados darán origen a las estimaciones de consumo por parte de las escuelas.

   En cuanto a las necesidades de iluminación, el análisis se llevó a cabo a partir de cuatro fuentes de datos:

   Con respecto a la demanda de otros artefactos eléctricos, según las encuestas efectuadas se encontraron dos tipos de artefactos en las escuelas no electrificadas; la radio y el radiograbador, generalmente alimentados por pilas.


8.2 Difusión y secuencia de penetración de los artefactos eléctricos

   Para realizar un predimensionamiento de los sistemas energéticos individuales es necesario tener una idea de la demanda futura por artefactos eléctricos de las escuelas que hoy no tienen acceso a la energía eléctrica. Con este fin, las encuestas han registrado los deseos de uso de artefactos eléctricos y los artefactos utilizados en las escuelas electrificadas (autoabastecidas o por red) ubicadas en la misma región.

   Estos datos revelan en gran parte la secuencia de penetración de los artefactos eléctricos en las escuelas rurales luego de ser electrificadas.

   La difusión de los artefactos eléctricos en las áreas rurales no es la misma en las diferentes provincias. Las diferencias climáticas inducen necesidades distintas, así como la disponibilidad de agua de superficie de buena calidad para beber. En cuanto a esto, la disponibilidad de agua de vertiente que puede ser canalizada es frecuente en la provincia de Río Negro, por lo que no hay demanda de bomba eléctrica para las necesidades de agua doméstica.

   Por último, según consideraciones de la Secretaría de Energía, el potencial de crecimiento futuro de la demanda por difusión de usos nuevos es muy bajo, y el único uso que corresponde a una demanda reprimida significativa es la televisión, pero el problema no es el acceso a la energía eléctrica sino a la señal.


8.3 Dimensionamiento

   En función del tamaño y tipo de las escuelas identificadas y de los datos obtenidos a partir de las encuestas, se clasificó a las escuelas como de Nivel 1 o de Nivel 2 de acuerdo a estimaciones sobre la demanda de consumo de servicios eléctricos para cada una.



9. Evaluación y Comparación Técnico Económica de las Alternativas de Suministro Eléctrico


9.1 Identificación de las alternativas

   Las alternativas que se identifican como potenciales fuentes de suministro eléctrico a las escuelas rurales dispersas de la provincia de Río Negro son cinco. Estas son, la generación eólica, la solar fotovoltaica, la microhidraúlica, la de equipo diesel y el abastecimiento a través de la extensión de la red de distribución eléctrica convencional. Sin embargo, esta última opción será descartada desde un principio ya que ante el más mínimo análisis denota su total inviabilidad económica.


9.2 Circunstancias que imposibilitan el abastecimiento a través de la red

   Según estudios realizados por la Secretaría de Energía con el fin de evaluar el alcance técnico económico de las líneas de distribución (13,2 y 33 Kv), en un espacio totalmente uniforme, el alcance técnico de expansión de una línea es de 1 Km por cada Kv instalado. El espacio real evidencia que existen factores que inciden sobre el alcance efectivo de la oferta eléctrica, vinculados esencialmente a la presencia de obstáculos topográficos, ausencia de caminos y una densidad de demanda muy variable que resulta crítica en términos de costo. En consecuencia, estos estudios consideran que para el mercado eléctrico disperso de la provincia de Río Negro la oferta actual de energía puede expandirse hasta el 10% del alcance técnico de cada línea de distribución en las zonas montañosas por razones topográficas y en la meseta central por la baja densidad de población. Esta situación desalienta y torna inviable la electrificación rural de estas zonas de la provincia a través de extensiones de la redes de distribución, por lo tanto, la única solución posible de suministro eléctrico de las escuelas dispersas de la provincia pasa, en la actualidad, por el abastecimiento "in situ" por medio de sistemas de generación autónomos apropiados a niveles bajos de consumo, ya que las necesidades de electricidad son esencialmente domésticas.

   En razón de esta situación, la comparación se llevará a cabo entre las soluciones alternativas a la conexión de la red, de modo que las opciones a comparar son entonces la eólica, la solar fotovoltaica, los grupos electrógenos diesel y las microcentrales hidroeléctricas.


9.3 Metodología de comparación

   La factibilidad de aprovechamiento de las fuentes de energía renovable se basa en tres aspectos fundamentales: las necesidades de los consumidores (demanda de potencia), la amortización de los sistemas (período de recuperación de la inversión) y las implicancias ambientales (disponibilidad de los recursos).

   Por consiguiente, se deben dimensionar los equipos determinando la potencia de demanda de los usuarios y teniendo un conocimiento adecuado de la distribución de los recursos, para luego hacer el cálculo del costo de generación de energía obtenida a partir de cada fuente y así poder comparar y decidir entre las distintas alternativas.

   En tal sentido se pueden citar varios trabajos de cálculo de costos de generación hechos en el país, como los de Saravia (1990), Bertello y otros (1985) y Fabris y otros (1985), en solar, Grossi Gallegos y Brizuela (1990) y Bastanión (1990), en eólica y Grossi Gallegos y Atienza (1992 y 1994), en solar y eólica.

   Los trabajos citados indican que para el análisis de la alternativa solar se debe estudiar en cada lugar la probabilidad de ocurrencia de días nublados, aislados y consecutivos (considerando nublado al día con un índice de claridad menor a un nivel determinado), y para la alternativa eólica estudiar la probabilidad de ocurrencia de días de calma, también aislados y consecutivos, (considerando así a aquellos con velocidad de viento menor a un nivel definido de acuerdo a los aerogeneradores a utilizar). En base a los resultados obtenidos se pueden dimensionar los bancos de baterías para cada caso.

   Para el análisis de los equipos diesel, además de considerar el consumo de combustible para establecer su costo, se deberá también tener en cuenta la distancia que los separa de los centros de abastecimiento para calcular el costo del combustible que se gastará en ir a buscar el mismo (ha habido casos en nuestro país, y tal vez aún existan, en los que para abastecer equipos muy alejados se gastaba más combustible en el vehículo utilizado para ir a buscarlo que lo que insumía el mismo motor generador).

   Por consiguiente, los estudios demuestran que para realizar una comparación fehaciente entre alternativas de electrificación rural, deben observarse todas las cuestiones y aspectos que se relacionan con el funcionamiento de los sistemas y que puedan influir en la eficacia de los mismos.

   En última instancia, lo que determinará la elección de una u otra alternativa será el precio del Kw/h generado por cada cual. Para establecer los mismos, los trabajos consultados utilizan un método por el que se efectúa una evaluación del Costo Anual Equivalente (C.A.E.) de cada alternativa, el que se calcula como resultado del costo anual de operación y mantenimiento (C.O.M.) más el de la inversión inicial (I.I.) afectada por el factor de recuperación del capital (F.R.C.), esto es: C.A.E.= C.O.M. + I.I. * F.R.C.

   A partir del resultado de esta ecuación se puede obtener el costo promedio por unidad de energía generada en un año para cada opción ($/Kwh).

   Del análisis de la bibliografía recopilada y teniendo en cuenta la situación particular de la provincia de Río Negro se pueden efectuar las siguientes observaciones acerca de la factibilidad de cada alternativa:


9.4 Equipos diesel

   El análisis de los grupos electrógenos disponibles en el mercado ha mostrado que los grupos mas pequeños capaces de responder a las necesidades de consumo de las zonas rurales son los grupos diesel de 3 Kva, pudiendo suministrar una cantidad de energía muy superior a la realmente necesaria. De ello resulta que los costos son extremadamente elevados ya que no guardan relación con las necesidades energéticas requeridas por las escuelas.

   Asimismo, se han podido dejar en evidencia, para esta región, las siguientes consideraciones:

   Resulta de ello que el precio del KWh generado por un equipo diesel es más oneroso que el producido por un sistema fotovoltaico o por uno eólico.

   Por consiguiente, la utilización de un generador diesel en esta región no aparece como favorable para un servicio individual con características de baja demanda energética, como es el caso de estas escuelas.


9.5 Microturbinas hidráulicas

   En los casos de las escuelas rurales dispersas que están localizadas en lugares cercanos a recursos hidráulicos aprovechables, la generación de electricidad con centrales microhidráulicas podría satisfacer sus necesidades.

   A pesar que las demandas energéticas de las escuelas rurales pueden parecer pequeñas frente a la capacidad de producción de los sistemas hidráulicos, de todos modos éstos resultan interesantes dado que ofrecen una generación de electricidad constante (de día y de noche) durante todo el año y no requieren equipos de almacenamiento de electricidad (baterías). Como toda fuente de energía renovable, sus costos y el tiempo de amortización de las instalaciones están vinculados con la magnitud de las necesidades a proveer y con las características ambientales, en este caso, la configuración hidrológica de cada lugar en particular.

   En cuanto a este último aspecto se deben considerar dos parámetros para el estudio: la altura de la caída de agua y su caudal. Es posible obtener el mismo potencial energético teniendo un pequeño salto de agua con gran caudal, que una altura de caída grande con pequeño caudal. Sin embargo, no resulta similar el manejo de sistemas con pequeños caudales que aquellos que transportan miles de litros.

   La integración de este conjunto de datos da una idea de la complejidad del estudio de una solución hidráulica que puede generar diferentes alternativas técnicas, razón por la cual, se hace necesario realizar estudios puntuales para determinar si esta opción puede resultar la más apropiada.

   De todas maneras se pueden identificar, a grandes rasgos, tres condiciones que pueden privilegiar la elección de una solución hidráulica por sobre las demás alternativas:

   Dado que el presente trabajo intenta determinar la conveniencia de aplicación de una u otra alternativa para la generalidad de las escuelas de la región, estas condiciones deberían presentarse para la totalidad de los casos o por lo menos para una importante porción de los mismos, situación que no sucede en la realidad, de modo que aunque la ubicación de ciertas escuelas pudiera presentar características apropiadas para la explotación de sistemas hidráulicos específicos, su baja adaptabilidad a la generalidad de los casos denota su inviabilidad a los fines de esta investigación.


9.6 Sistemas eólicos

   La generación eólica representa una solución interesante cuando las intensidades medias del viento son importantes. Los datos disponibles sobre la velocidad promedio de viento para la provincia de Río Negro muestran que dos terceras partes de la provincia están sometidas a vientos de intensidades medias anuales comprendidas entre 4 m/s y 8 m/s, por lo tanto, a simple vista puede decirse que se cumple el criterio de velocidad de viento que permite considerar a la alternativa eólica como fuente de energía viable. Sin embargo, dada la fuerte influencia de la topografía sobre este recurso, un generador eólico tipo puede ser empleado para satisfacer diferentes requerimientos de electricidad en distintos lugares dentro de la misma zona. Por otro lado, cabe mencionar que en los casos de viviendas como de escuelas rurales, por lo general se seleccionan para sus emplazamientos lugares reparados de los vientos.

   Consecuentemente, sin tener datos precisos de viento escuela por escuela, resulta difícil realizar una correcta evaluación de un generador eólico, dado que las características del viento (intensidad, dirección, constancia) son fuertemente dependientes de la topografía del lugar. Los Atlas regionales o nacionales, basados en mediciones en pocos puntos del país, ofrecen una información preciosa para la localización de regiones favorables pero no dan datos suficientes para determinar el potencial eólico en un paraje determinado, por lo cual, para lograr un cálculo técnico y económico definitivo es necesario realizar una campaña de medición de viento en cada lugar en particular.

   Sin dejar de tener en cuenta estos aspectos, los programas de electrificación rural de la Secretaría de Energía consideran la instalación de un generador eólico por escuela como una alternativa de interés económico. Las máquinas en uso, además, son capaces de abastecer energía a baja velocidad de viento (alrededor de 1,8 m/s).

   Los estudios comparativos recopilados indican que para las necesidades energéticas de estas escuelas la alternativa eólica se presentaría como la más conveniente en la medida que en el lugar de emplazamiento se disponga de viento de una intensidad media de 5 m/s en adelante. Por lo tanto, para poder establecer con exactitud la viabilidad de esta opción se deberán realizar estudios de las velocidades de viento en los lugares donde están asentadas las escuelas y determinar así el rendimiento de los aerogeneradores para su aplicación.

   Ocurre para esta alternativa una situación similar a la de las microturbinas hidráulicas, ya que con los datos sobre el recurso eólico, disponibles en la actualidad para la provincia, no resulta posible evaluar con rigurosidad el funcionamiento de estos sistemas para la generalidad de los casos.


9.7 Sistemas solares fotovoltaicos

   Una gran ventaja del recurso solar por sobre los demás renovables es que éste no presenta gran variabilidad dentro de una misma zona, por lo que tomando datos sobre la intensidad de radiación en distintos puntos bien seleccionados de una región, éstos son extrapolables al resto de la misma. En este sentido, estas mediciones sobre radiación existen, están bien distribuidas y son confiables.

   A su vez, los sistemas fotovoltaicos son los que pueden responder más precisamente a las necesidades energéticas requeridas, adaptándose fácilmente a cambios en las demandas por la característica modular de los paneles.

   Por otro lado, las necesidades energéticas identificadas por las encuestas de campo encaradas por la Secretaría de Energía han permitido definir los sistemas fotovoltaicos que están asociados a ellas dada la distribución aproximadamente homogénea de la radiación solar en la región considerada (si bien se toma el valor más desfavorable de energía solar para la provincia).

   En cuanto a los costos, las investigaciones consultadas demuestran que para los casos con características similares a las de la provincia de Río Negro, con bajas demandas de potencia, gran dispersión de los usuarios y una disponibilidad del recurso semejante al de esta región, los sistemas fotovoltaicos presentan ventajas en relación a las demás alternativas.



10. Consideraciones

10.1 Extensión de la Red:


10.2 Microturbinas hidráulicas:

10.3 Equipos diesel:

10.4 Sistemas eólicos:

10.5 Sistemas solares:

11. Conclusión

   En virtud de las consideraciones efectuadas se llega a la siguiente conclusión:

   La alternativa solar fotovoltaica resulta la más conveniente de aplicar en todos los casos de las escuelas ubicadas dentro de los consumos energéticos de Nivel 1, así como también para los casos de escuelas de Nivel 2 en los cuales la media de viento local no supere los 5 m/s, situación a partir de la cual la alternativa eólica resulta la más apropiada y viable.

   Por lo tanto, la presente investigación constata y confirma la hipótesis planteada: "Las energías renovables eólica y solar resultan las más apropiadas para abastecer de electricidad a las escuelas rurales dispersas de la provincia de Río Negro".

   Por último, se debe tener muy en claro que la comparación realizada se llevó a cabo mediante un análisis técnico-económico (tomado de la bibliografía recopilada) en el cual no se mensuraron las implicancias ambientales de cada alternativa, en cuyo caso las fuentes de generación eólica y solar hubieran, seguramente, presentado mayor ventaja por sobre las demás. @



12. Bibliografía

Primera parte | Segunda Parte | Tercera parte



  Volver Volver al Principio  
Si tiene alguna duda o sugerencia, comuníquese con nosotros!