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Métodos cartográficos aplicables a la planeación de electrificación rural con
energías renovables
Experiencias y Perspectivas Internacionales de la Electrificación Rural Fotovoltaica
Gerencia de Energías no Convencionales
Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables (SIGER)
• Nace en 1997• Está basado en la plataforma ESRI• Cumple con los estándares INEGI e internacionales• Para todas las fuentes de energía• Mapas de recursos• Capas de apoyo• Consultable a través de la Internet
• Las localidades que faltan por electrificar se encuentran algo distantes de las líneas eléctricas.
• Son de pocos habitantes, lo cual implicaría bajos consumos.• La extensión de red eléctrica convencional es costosa.• La ampliación de red requiere de caminos donde puedan transitar
vehículos, en algunos casos solamente existen veredas.• Una alternativa de suministro eléctrico es mediante el
aprovechamiento de la energía solar con sistemas fotovoltaicos.• Otra alternativa es aprovechando la energía del viento mediante
pequeños aerogeneradores.• La determinación de la mejor alternativa se hace normalmente a
partir del menor costo de suministro eléctrico. • La estimación de tales costos requiere del conocimiento de los
recursos energéticos, los consumos eléctricos y la complejidad del terreno, entre otros elementos.
Motivaciones
• Se cuenta con un SIG
• Se cuenta con capas básicas para los análisis (topografía, uso de suelo, localidades, carreteras, etc)
• Se cuenta con la capacidad de elaborar mapas de recursos
• Se cuenta con un grupo de especialistas en diversas áreas (técnicas y económicas)
• etc
Bases del desarrollo
Capacidad adquirida
• Métodos para determinar el costo de suministro eléctrico con energía eólica, solar y extensión de red
• Aplicable a localidades y a zonas no pobladas
• Útil para otras fuentes de energía
Método (1)
• Determinación del área de estudio.
• Selección de todas las localidades y sus atributos del áreade estudio.
• Determinación de las localidades electrificadas.
•Determinación de las localidades no electrificadas.
•Determinación del consumo eléctrico por vivienda.
•Obtención de la topografía.
• Determinación de la complejidad del terreno.
• Determinación de la distancia de cada punto de la región de estudio a la localidad electrificada más cercana.
• Determinación de la distancia de cada localidad no electrificada a su más próxima electrificada.
•Obtención de los mapa de irradiación solar global y de densidad de potencia del viento
•Determinación del costo nivelado de suministro eléctrico con sistemas fotovoltaicos y con pequeños aerogeneradores, para cada localidad no electrificada.
Método (2)
•Determinación del costo nivelado de suministro eléctrico con red para cada localidad no electrificada.
•Determinación del costo nivelado de suministro eléctrico mediante extensión de red con cinco escenarios de consumo para todos los puntos no habitados.
•Determinación del costo nivelado de suministro eléctrico mediante sistemas fotovoltaicos y pequeños aerogeneradores con cinco escenarios de consumo para todos los puntos no habitados.
•Elaboración de mapas para todos los casos, haciendo las comparaciones respectivas.
Método (3)
Ejemplo 1
Caso Veracruz
Fotovoltaico-Red
2005
• Existen 20,578 localidades
• 8,618 cuentan con una o dos viviendas, pero no se tiene el dato de electrificación
• 11,960 cuentan con información completa
• 10,809 reportan al menos una vivienda electrificada
• 1,151 reportan cero viviendas electrificadas
Grado de electrificación
Localidades electrificadas Localidades no electrificadas
Localidades
Equipo Unidades Potencia (W) Horas Consumo
(kWh/día)Lámparasincandescentes 3 60 2.5 0.45
Televisor 1 250 2 0.50Radio 1 70 3 0.21Refrigerador 1 240 6 1.44
Para el análisis se tomaron 2.5 hWh/día
Ejemplo de consumo en una vivienda rural
mayores a 0° y menores de 10°, factor 1entre 10° y 20°, factor 1.3entre 20° y 30°, factor 1.6mayores a 30°, factor de 2
Complejidad del terreno
Calculado con el modelo RADIACa partir de días nublados, medio nublados y despejados, obtenidos de las estaciones del Servicio Meteorológico Nacional
Mapa de irradiación solar global
06.0)1(
)1()1)((
1
1
n
tt
t
n
tnt
ttt
rEAU
rVRrRCCSOMICNS
donde:
CNS es el costo nivelado de suministro eléctricoI es el costo de inversión (incluyendo posibles intereses durante la
construcción).OMt son los costos de operación y mantenimiento durante el año t.CSt son los costos sociales durante el año t (considerados 0 para este caso).RCt es el costo de mantenimiento mayor durante el año t.r es la tasa de descuento.VR es el valor de rescate después de n años.EAUt es la energía eléctrica utilizada en el año t.n es el período de vida útil en años.t es el número de años.
Costo nivelado (1)
Para este caso se consideraron los siguientesvalores:
• Inversión, 14,500 USD/km de extensión de red
• Mantenimiento de la red de distribución, 5 % dela inversión
• Tasa de descuento, 7 %
• Período de vida útil, 25 años
• Valor de rescate, 30 %
• Costo de la energía entregada, 0.06 USD/kWh.
Costo nivelado (2)
donde:
•CNSRED es el costo nivelado de suministro eléctrico con redconvencional en USD¢/kWh.
• L es la longitud de la extensión de la red en kilómetros.
• C el consumo del núcleo de población en kWh/día.
552.545 CLCNSRED
Función obtenida para la operación de mapas (red)
donde:
• CNGSOL es el costo nivelado de suministro eléctrico con sistemasfotovoltaicos en USD¢/kWh.
• IG es la irradiación solar.
Consideraciones:• Inversión de 12,000 USD/kW instalado.• Operación y mantenimiento, 0.6 USD¢/kWh.• Vida útil, 25 años.• Tasa de descuento, 7 %.• Valor de rescate, cero.
GSOL I
CNG 425345
Función obtenida para la operación de mapas (fotovoltaico)
Topografía Comunidades
Comunidades con electricidad
Comunidades sin electricidad
Distancia pesada a la comunidad más cercana
Clases de pendiente
Distancia
RADIAC
Costo nivelado solar
Costo nivelado solar para
comunidades no electrificadas
Select
Raster Calculator Reclassify
Consumo eléctrico
Zonal Statistics
Costo nivelado con red para comunidades no electrificadas
5 mapas de costos nivelados de suministro eléctrico con red Localidades con los costos más
bajos tanto con red como con solar
Pendiente
Slope
Comunidades sin electricidad
Zonal Statistics
Calculate Values
Irradiación
Raster Calculator
Raster Calculador con 5 escenarios de
consumo
Mapas con las regiones de menores costos de suministro eléctrico
Comunidades sin electricidad
Cost Weighted
Raster Calculator
Raster Calculator
Costo nivelado solar
Modelo cartográfico
Costo nivelado para sistemas fotovoltaicosResultados (1)
Resultados (2)Costo nivelado para sistemas fotovoltaicos para las comunidades no electrificadas
Resultados (3)Zonas con la tecnología más barata para un escenario de consumo de 5 kWh/día
Resultados (4)Zonas con la tecnología más barata para un escenario de consumo de 12.5 kWh/día
Resultados (5)Zonas con la tecnología más barata para un escenario de consumo de 25 kWh/día
Resultados (6)Zonas con la tecnología más barata para un escenario de consumo de 50 kWh/día
Resultados (7)Zonas con la tecnología más barata para un escenario de consumo de 125 kWh/día
Sup. TecnologíaConsumo en kWh/día
5 12.5 25 50 125
Área (%) Solar83.5 42.0 10.2 1.0 0.0
Área (%) Red16.5 58.0 89.8 99.0 100.0
Resultados (8)
Resultados (9)
• Cerca de la mitad de las comunidades sin servicio eléctrico podríanelectrificarse con sistemas fotovoltaicos a un costo menor queextendiendo la red eléctrica convencional.
• En el caso de los escenarios de consumo, se puede notarclaramente que la opción fotovoltaica es mejor cuando losconsumos son menores de 25 kWh/día.
Ejemplo 2
Caso Oaxaca
Fotovoltaico-Eólico-Red
2002
El estado de Oaxaca
• México cuenta con más de 100 millones de habitantes.• 25 % se encuentran en zonas rurales• 74,068 localidades sin electricidad en México (CFE 2003, todas
rurales)• 1,453 localidades sin electricidad en Oaxaca (SNIM 2000, todas
menores de 100 habitantes)
Límites (MGM 2000) Topografía (GEMA, 1:250000) Comunidades (SNIM)
Recurso solar (UV, puntos) Recurso eólico (a 50 m NREL)
Mapas Disponibles
10341.0 PFPE Funciones propuestas para calcular el costo de suministro eléctrico con sistemas eólicos
7055.004.188 FPECGE
Funciones para sistemas eólicos
FPE es el factor de planta eólico
P1 es la densidad de potencia
CGE es el costo nivelado de generación eléctrica
Topo_rec Comuni_rec
Comuni_con Comuni_sin
Comuni_dis Topo_inc_3
Cost_dis
IG_rec_pto
Viento
FP_viento
CG_viento
FP_solar
CG_solar
CG_solar_st CG_viento_st
Join
Select
Raster Calculator Raster calculator
Raster Calculator Raster Calculator
Reclassify
Consumo_elec
Comuni_sin
Zonal Statistics Zonal Statistics
Cost_dis_st
Join
Consumo_cost_dis
Calculate Values
CG_red_tb
CG_red_solar_viento_com
Topo_inc
Slope
Comuni_cerca
Add XY data
CG_solar_viento_tb
Join Join
CG_solar_tb CG_viento_tb
Join
Cost Weighted
Comuni_sin Zonal
Statistics
Calculate Values
Join
IG_rec
Interpolate to raster
CG_red 5, 12.5, 25, 50, 125
Raster Calculator
CG_solar CG_viento
CG_red_min CG_solar_min CG_viento_min
CG_red_solar_viento_edo
Raster Calculator Raster CalculatorRaster Calculator
El Modelo CartográficoCuenta con cuatro entradas principales que son:
•Mapa topográfico
•Mapa de comunidades
•Mapa solar
•Mapa eólico
En el proceso se integra:
•Consumos eléctricos para 5 escenarios
•Funciones para estimar costos de suministro eléctrico con red, fotovoltaico y eólico
Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 5 kWh/día
Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 12.5 kWh/día
Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 25 kWh/día
Resultados (1)
Resultados (2)Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 50 kWh/día
Zonas de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica bajo un escenario de consumo eléctrico de 125 kWh/día
Comunidades de menores costos de suministro eléctrico considerando las opciones de red, fotovoltaica y eólica
Tecnología Consumo eléctrico
5 kWh 12.5 kWh 25 kWh 50 kWh 125 kWh
Porcentaje de área
Red 0 2 6 21 59
Solar 65 63 59 47 18
Viento 35 35 34 32 24
Resultados (3)
Resultados (4)
TecnologíaNúmero de
comunidades Porcentaje
Red 486 33
Solar 648 45
Viento 319 22
GRACIAS
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