Plan de Expansión de Parque Generador
Diego R. Carrion M. , Tania O. Abrego B. , Lester R. Lezcano H. , Alfonso J. Lucado B. , Marlyn Y. Gonzalez G.
1Licenciatura en Ingeniería Electromecánica – Facultad de Ingeniería Eléctrica – Universidad Tecnológica de Panamá
Resumen Este documento va orientado a la investigación de un plan de expansión del sistema eléctrico nacional capaz de mejorar la matriz energética en Panamá con el fin de suplir la demanda proyectada; a base de energías renovables (Eólica, Hidráulica, Biomasa). Es conveniente el uso de este tipo de energías para eliminar la dependencia que se tiene hacia los combustibles fósiles, al igual que diversificar las tecnologías que se utilizan en el país lo que nos permite descentralizar la generación de energía y fomentar el aprovechamiento de los recursos energéticos; y una producción sostenible que sea amigable con el medio ambiente.
Palabras Claves Biomasa, Hidroeléctrica, Eólica, Matriz Eléctrica, Parque Generador.
Abstract This document is aimed at the investigation of a plan for expansion of the national electric system capable of improving the Grid in Panama in order to meet projected demand ; based on renewable energies ( wind, hydro, biomass ) . It is convenient to use this type of energy to eliminate dependence that we have to fossil fuels, as well as diversifying the technologies used in the country which allows us to decentralize power generation and promote the improvement of energy resources ; and sustainable production that is friendly to the environment .
Keywords Biomass, Hydro-electric plant, Wind Energy, Grid, Generator Park.
1. Introducción
Debido a la crisis energética que vive nuestro país como hemos podido observar en los más recientes veranos donde hemos llegado al racionamiento de la energía mediante planes de ahorro energético; un ejemplo de estos fue la limitación del uso de los aires acondicionados a ciertas horas. Ésta crisis ocurrió debido a que en la época no lluviosa o estación seca el nivel de los embalses disminuyó tanto que las centrales hidroeléctricas no fueron capaces de generar la suficiente potencia para suplir la demanda energética del país.
Nuestro sistema de energía eléctrica depende en un 63.57% de lo que se generara por hidroeléctricas, en un 33.9% de termoeléctricas y el 2.53% restantes son otras alternativas como eólicas y fotovoltaicas. Esto quiere decir que la matriz energética del país depende en un gran porcentaje de las precipitaciones que se den en las zonas donde nacen los ríos y éstas se ven afectadas durante la temporada seca en dónde los ríos bajan su caudal y los embalses sus niveles, es por ello que un mix tecnológico para un plan de expansión en la capacidad instalada en el país es sumamente importante. Se busca evitar que se siga dependiendo exclusivamente de la energía hidroeléctrica. Si se tiene una variedad en las tecnologías que se utilizan para generar la energía eléctrica, la matriz energética es más sólida y se tendrá una seguridad en la misma.
El objeto de análisis en este proyecto es el potencial energético que tiene panamá y que posibles tecnología pueden expandir más su capacidad, así mismo de alguna nueva tecnología sea implementada en el sistema de generación eléctrico del país para suplir una demanda creciente que se proyecta en un crecimiento de un 6.4% anual en la demanda máxima, según datos de la Empresa de Transmisión Eléctrica S.A. (ETESA). En mayo del 2014 se pudo observar la mayor importación de energía que se ha dado en el país que fue de unos 48 819.04 MW-h, según datos de la Autoridad Nacional de Servicios Públicos (ASEP). Esto indica la crisis energética que vivió el país y la necesidad de instalar nuevas centrales de generación eléctrica.
Tomando esta iniciativa y asociando esa situación con el problema de manejo de los residuos sólidos o desechos que tiene la ciudad de Panamá, en donde diariamente encontramos habitantes quejándose, hemos decidido que la utilización de desechos urbanos para la producción de energía eléctrica sería una muy buena alternativa y nos ayudaría con una problemática tanto ambiental como social y económica.
Para nuestro objetivo se eligió el mix tecnológico número 4 el cual estaba constituido por Hidroeléctrica de pasada, Térmica de Biomasa: turba y residuos sólidos, y Eólica. Para las tres tecnologías se describirán aspecto principal como capacidad instalada, costo de construcción, costo de operación, su factibilidad económica, ambiental y social; el lugar y terreno donde será construida
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2. Metodología
Para escoger este mix tecnológico nosotros evaluamos diferentes parámetros que son indispensables a la hora de proponer la instalación de centrales de generación eléctrica. Primero evaluamos la fuente de combustible, luego el lugar donde planeamos instalar la central, entonces diseñamos para nuestro parque su lista de mérito u orden de despacho dependiendo de las cualidades de las tecnologías para hablar entonces de la factibilidad económica del parque.
2.1. Combustible
El Combustible es indispensable en la operación de una planta de generación eléctrica ya que de este se extrae la potencia. Para nuestro mix estos combustibles serian equivalentes al bagazo o diésel de la central de biomasa, al agua de la hidroeléctrica y el viento de la central eólica los cuales dependen firmemente de la localidad. Para la central de biomasa es importante asegurar que se tenga suficiente cantidad de bagazo para mantener funcionando la central el tiempo necesario, sin embargo en caso de no contar con suficiente de este combustible se adapta el sistema para que utilice diesel como combustible compensador en caso de limitación de bagazo.
2.2. Lugar
Es el siguiente punto que analizamos ya que de este depende la verdadera posible aplicación de la tecnología en Panamá. Los parámetros que utilizamos para definir el lugar donde se construirían las distintas centrales son el potencial del combustible y la accesibilidad a la red eléctrica nacional. Evaluando el potencial del combustible de la central hidroeléctrica de pasada consultamos los mapas de precipitaciones de ETESA en los cuales observamos grandes precipitaciones en las áreas de Chiriquí, Bocas del Toro principalmente. Para el potencial del viento no analizamos los vientos más fuertes si no los más constantes los cuales se encuentran en la mayoría de las provincias centrales. Para la central de biomasa contemplamos los lugares donde se produce turba como lo es la provincia de Bocas del Toro. El segundo parámetro para escoger el lugar es la accesibilidad a la red eléctrica nacional. Es importante resaltar este parámetro ya que no nos sirve de nada ubicar un gran potencial eólico en Darién provincia donde no hay presencia de la red de transmisión eléctrica. En el caso del agua, estudiamos los recursos hídricos del país ubicando el mayor potencial al este del país en la provincia de Bocas del Toro y Chiriquí siendo esta ultima la más adecuada por su diferente número de subestaciones disponibles para la interconexión.
Figura x. Mapa de precipitaciones de ETESA.
2.3. Lista de Merito
Ya que el mercado eléctrico panameño es abierto es importante definir el orden en que nosotros despacharemos las tecnologías de nuestro parque de generación. Para esto tenemos que entender cómo funcionan las tecnologías de las centrales, su tiempo de puesta en marcha y en qué periodo del día estas pueden operar. En nuestro caso tenemos dos tecnologías las cuales no dependen de la compra de combustible a diferencia de biomasa y estas son eólica y hidroeléctrica. Estas centrales dependen en su totalidad del recurso en tiempo real. En el caso de la central eólica compren-demos que nosotros no podemos controlar cuanto viento habrá en un día por lo que la integración de esta energía a la red eléctrica debe ser inmediata. Lo mismo sucede con la central hidroeléctrica de pasada porque no podemos controlar el caudal de agua que pasara por la misma. Es por esto que estas tecnologías son despachadas primero que la central de biomasa donde nosotros podemos controlar la cantidad de energía eléctrica que necesita el sistema.
2.4. Factibilidad Económica
Para determinar la factibilidad económica utilizamos parámetros como la inversión inicial y el costo de operación y mantenimiento de una central eléctrica. Estos costos son variables dependiendo del tipo de central que se instala.
3. Resultados
Al elegir un mix en específico decidimos hacerlo en función de la posición geográfica en la podíamos instalar las tecnologías, puesto que si el terreno tiene mucho desnivel los costos fueran mayores y tendríamos que realizar muchos cambios en la topografía. También, tomamos en cuenta que debemos contribuir con el mejoramiento y desarrollo de Panamá como país. De modo que, al conocer de la problemática tan marcada del exceso de desechos que se dan en la ciudad y la cantidad de basura mal desechada, decidimos instalar un mix tecnológico que tenga un menor impacto ambiental y que cumpliera a la vez con costos de inversiones iniciales menores de modo que se pudiera recuperar la misma en el menor tiempo posible.
La elección de las tecnologías hidroeléctrica de pasada, termoeléctrica de Biomasa tanto con el uso de energético primario de turba como con el de desechos urbanos y aerogeneradores fue la más favorecida dentro de las comparaciones hechas ya que cumple con los requisitos de mejoras a la matriz energética siendo amigable con el medio ambiente y ayudando a minimizar la problemática de la recolección de basura.
Localización: Durante las evaluaciones de las tecnologías de nuestro mix pudimos ver que las mejores áreas para localizar nuestras tecnologías son las siguientes (Ver figura):
Figura 1. Localización y puntos de conexión al Sistema integrado nacional
Vemos que escogimos lugares claves como lo son: Changuinola debido al gran depósito de turba que existe en esa zona. Según los datos que tenemos la turba que se encuentra en esa zona estimamos es una cantidad del recurso de turba utilizable para combustible que está alrededor de 118 millones de toneladas métricas (con el contenido de humedad de 35%). Esta cantidad de turba es grande, comparada con niveles mundiales, siendo lo suficiente para abastecer de combustible a una planta de energía de 30 MW por un período de más de 30 años. La distribución de estos combustibles será solucionada ya que Petroterminal Panamá tiene sucursales en Changuinola y al crear un contrato con ellos se puede garantizar el abastecimiento [7].
Por otro lado para la hidroeléctrica de pasada escogimos un punto fuera de la comarca Ngobe Bugle, en la cuenca del rio Tabasará. Designamos este lugar ya que tiene un caudal de 36.3 m3/s y lo mejor es la altura aprovechable de 150m [8]. Se pueden instalar en esta planta 48 MW y ETESA posee el estudio de inventario de la cuenca hídrica y el estudio de prefactibilidad y reconocimiento del proyecto.
Con referencia al parque eólico podemos ver que un punto estratégico de instalación será en el sitio La Miel en la península de Azuero. Tomamos este lugar ya que sus llanuras son muy marcadas y tiene un muy buen viento aproximadamente 6.5 m/s que puede ser aprovechado. A pesar de tener mejor viento en Metetí en Darién, elegimos el sitio La Miel porque es un área de mejor acceso [9].
Para la térmica de Biomasa residual decidimos instalarla en la región contigua al vertedero de Cerro Patacón de modo de evitar mover los desechos u objetos que llegan al área. Más no se debe dejar de recolectar la misma salida
Subestaciones a conectar:
Utilizaremos la subestación Changuinola conectaremos la térmica de Biomasa, que será transportada en una línea de 230kV (Panamá II). Para la hidroeléctrica de pasada nos uniremos al sistema integrado nacional por medio de la subestación Veladero en Tolé y de ahí podemos transmitir ya sea a 115kV o a un voltaje 230kV (Panamá II). De modo que para entrar al sistema con los aerogeneradores sería conectándonos en la subestación Llano Sanchéz y deberíamos utilizar una línea de transmisión de 115kV[10].
Estas líneas de trasmisión ya no tienen mucha capacidad extra para conectar más carga a la red. Debido a esto, las compañías distribuidoras están invirtiendo en la construcción de la segunda línea de transmisión en alta tensión en Panamá.
5. Conclusiones
Como resultado de la investigación energética del país es posible concluir que existe una oportunidad viable de suplir la demanda energética nacional proyectada para el futuro con un plan de expansión detallado que a su vez promueva el uso de tecnologías renovables que beneficien al medio ambiente y por consecuente nos liberen poco a poco de la tortuosa esclavitud de la generación a base de combustibles fósiles.
Respecto al aspecto financiero que en muchas ocasiones prima por encima de cualquier otro beneficio, podemos destacar que con una implementación satisfactoria del mix, además de las obvias razones de suplir la demanda de manera planificada lo que evita gastos de compra energética a la red regional o de recurrir al mercado ocasional o de emergencia; proporcionara un ahorro económico que talvez no se perciba ya que es probable que el costo de la energía no baje impresionantemente sin embargo se prioriza evitar el aumento de la tarifa eléctrica al no depender del alza de combustible a nivel internacional.
ACKNOWLEDGEMENTS
Se agradece a Dios por guiarnos por el camino del conocimiento y darnos sabiduría para completar la investigación.
Se le agradece a la profesora Jessica Guevara que nos instruyó sobre todas las tecnologías y nos guio a lo largo del semestre y de este trabajo.
REFERENCES
Disponible en Linea (ASEP Costo por Tecnologia): http://www.asep.gob.pa/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=363
Disponible en Linea (Recurso Hidrico): http://www.gwp.org/GWP-Centroamerica/POR-PAIS/Recurso-Hidrico-en-Panama/
Disponible en Linea: http://www.etesa.com.pa/documentos/Plan_Expansion_2014 2028/Tomo_II_Plan_Indicativo_de_Generacion_2014-2028.pdf
Disponible en Linea: http://www.cich.org/publicaciones/pnh2010-2030.pdf
J. Padhye, V. Firoiu, D. Towsley, "A stochastic model of TCP Reno congestion avoidance and control", Univ. of Massachusetts, Tech. Rep. 99-02, 1999.
Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification, IEEE Std. 802.11, 1997.
Disponible en linea: http://www.etesa.com.pa/estudios.php?act=turba
Disponible en línea: http://www.etesa.com.pa/documentos/potencial%20hidro%20%20estudios.pdf
Disponible en líneas: http://www.etesa.com.pa/estudios.php?act=eolico
Disponible en línea: https://www.etesa.com.pa/transmision.php?act=mapa
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1): 3
4 author name (et al.): article title
