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ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE FUENTES ALTERNAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL ARCHIPIELAGO DE SAN ANDRES, PROVIDENCIA Y SANTA CATALINA ANGELA MARÍA REYES HERNÁNDEZ MIGUEL ÁNGEL CASTILLO FORERO UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2017
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ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE FUENTES ALTERNAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL
ARCHIPIELAGO DE SAN ANDRES, PROVIDENCIA Y SANTA CATALINA
ANGELA MARÍA REYES HERNÁNDEZ MIGUEL ÁNGEL CASTILLO FORERO
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ
2017
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE FUENTES ALTERNAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL
ARCHIPIELAGO DE SAN ANDRES, PROVIDENCIA Y SANTA CATALINA
ANGELA MARÍA REYES HERNÁNDEZ MIGUEL ÁNGEL CASTILLO FORERO
Trabajo de Grado para Optar al Título de Ingeniero Civil
Director Alex Mauricio González Méndez
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ
2017
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Nota de aceptación: _____________________________________
Ing. ALEX MAURICIO GONZÁLEZ MÉNDEZ Director de Proyecto
Firma del presidente del jurado
Firma del jurado
Firma del jurado
Bogotá, 02 de mayo de 2017
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Este logro tiene un gran significado para mí y las personas que conocen mi historia de vida lo saben, puesto que nunca lo contemple, pero tampoco hubiese sido posible sin la ayuda de la persona que admiro y a la que le debo lo que soy mi mama. Madre hoy al culminar esta etapa te dedico mi triunfo, se lo orgulloso que estas y espero nunca defraudarte te amo con todas las fuerzas de mi ser y quiero que sepas que me siento orgulloso al ser heredero de tu sangre, se el esfuerzo que haces cada día por darme lo mejor.
MACF
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CONTENIDO
1 GENERALIDADES ......................................................................................... 12
1.1 ANTECEDENTES ..................................................................................... 13
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 14
1.2.1 Descripción del problema ................................................................... 14
1.2.2 Formulación del problema .................................................................. 15
1.3 OBJETIVOS .............................................................................................. 15
1.3.1 Objetivo general ................................................................................. 15
1.3.2 Objetivos específicos ......................................................................... 16
1.4 JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 16
1.5 DELIMITACIÓN ........................................................................................ 17
1.5.1 Espacio .............................................................................................. 17
1.5.2 Tiempo ............................................................................................... 17
1.5.3 Contenido ........................................................................................... 17
1.5.4 Alcance .............................................................................................. 18
1.6 MARCO REFERENCIAL .......................................................................... 18
1.6.1 Marco teórico ..................................................................................... 18
1.6.2 Marco conceptual ............................................................................... 32
1.7 METODOLOGÍA ....................................................................................... 33
1.7.1 Tipo de estudio ................................................................................... 33
1.7.2 Fuentes de información ...................................................................... 33
1.8 DISEÑO METODOLÓGICO ..................................................................... 33
2 CARACTERIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ........................................ 35
2.1 SITUACIÓN ACTUAL DEL DEPARTAMENTO ........................................ 35
2.2 DEMANDA ENERGÉTICA ACTUAL......................................................... 36
2.3 COBERTURA DEL SERVICIO ................................................................. 38
2.4 CONDICIÓN AMBIENTAL DE LAS ISLAS ............................................... 40
3 CARACTERIZACIÓN DE LA GENERACIÓN ELÉCTRICA EN LAS ISLAS .. 42
3.1 GENERACIÓN DE ENERGÍA POR FUENTES CONVENCIONALES ...... 42
3.1.1 Planta térmica Diesel ......................................................................... 42
3.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA POR FUENTES NO CONVENCIONALES DE ENEGÌA RENOVABLES ........................................................................................ 43
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3.2.1 Planta térmica RSU ............................................................................ 43
3.2.2 Parque de generación eólica .............................................................. 45
3.1 IMPACTOS DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LAS ISLAS 45
3.1.1 Impactos negativos de la generación de energía eléctrica en las islas 45
3.1.2 Ventajas del sistema de producción de energía eléctrica en el departamento ......................................................................................................... 47
4 EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO POR FUENTE DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ......................................................................... 49
4.1 EMISIONES PRODUCIDOS POR LA PLANTA TÉRMICA DIESEL ......... 49
4.2 EMISIONES PRODUCIDOS POR LA PLANTA TÉRMICA RSU .............. 55
4.3 EMISIONES PRODUCIDAS POr la producción de energía solar fotovoltaica y ENERGÌA EÓLICA .............................................................................................. 60
4.3.1 Energía solar fotovoltaica ................................................................... 61
4.3.2 Energía eólica .................................................................................... 62
4.4 EMISIONES PRODUCIDAS POr la producción de energía mareomotriz. 62
5 ESCENARIOS PARA LA PRODUCCIÓN LIMPIA DE ENERGÍA ELÉCTRICA ........................................................................................................................ 64
5.1 PLANTEAMIENTO DE LOS ESCENARIOS ............................................. 69
5.1.1 Escenario 1: ambición mínima ........................................................... 69
5.1.2 Escenario 2: ambicioso ...................................................................... 70
5.1.3 Escenario 3: altamente ambicioso...................................................... 72
5.2 SELECCIÓN DEL ESCENARIO MÁS ÓPTIMO ....................................... 74
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 78
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 80
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LISTADO DE FIGURAS Pág.
Figura 1. Parque eólico Jepírachi. ......................................................................... 23
Figura 2. Granja solar. ........................................................................................... 25
Figura 3. Quema del bagazo de la caña en los ingenios para la producción de su propia energía y venta de excedentes al SIN. ....................................................... 27
Figura 4. Energía geotérmica................................................................................. 29
Figura 5. Representación del proceso de investigación. ........................................ 32
Figura 6. Ubicación geográfica de las zonas no interconectadas. ......................... 36
Figura 7. Distribución del número de usuarios por estrato y sector 2014. ............. 37
Figura 8. Distribución del consumo eléctrico por tipo de usuario 2014. ................. 38
Figura 9 Representación geográfica de las zonas donde se presta el servicio de energía eléctrica. ................................................................................................... 40
Figura 10. Diseño y distribución planta RSU. ........................................................ 44
Figura 11 Índices de emisiones por centrales eléctricas en Estados Unidos ......... 52
Figura 12. Emisiones de dióxido de carbono por tipo de central eléctrica por kilovatio-hora de energía generada. ...................................................................... 57
Figura 13. Parque eólico Jepírachi - Guajira, Colombia. ........................................ 65
Figura 14. Granja solar Celsia Solar. ..................................................................... 65
Figura 15. Turbina SeaGen usada en la granja marina de Wales. ........................ 66
Figura 16. Cantidad de emisiones según configuración del escenario 2. .............. 72
Figura 17. Cantidad de emisiones según configuración del escenario 3. .............. 74
Figura 18. Comparación de las emisiones generadas según el escenario conformado. ........................................................................................................... 76
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LISTADO DE TABLAS Pág.
Tabla 1. Características de las distintas fuentes alternativas de energía. ............. 20
Tabla 2. Generación y participación de unidades productoras de energía. ........... 42
Tabla 3. Estudios preliminares para la operación de la planta térmica RSU. ........ 43
Tabla 4 Descripción de impactos de una planta térmica diésel ............................. 46
Tabla 5 .Emisiones de CO2 de centrales eléctricas de Estados Unidos, según volumen anual. ....................................................................................................... 51
Tabla 6. Emisiones de SO2 de centrales eléctricas de EU, según volumen anual. ............................................................................................................................... 53
Tabla 7 Emisiones de NOx de centrales eléctricas de EU, según volumen anual . 54
Tabla 8 Contenido de mercurio por tipo de carbón ................................................ 55
Tabla 9 Emisiones de mercurio de centrales eléctricas de EU, según volumen anual ............................................................................................................................... 55
Tabla 10. Principales sustancias emitidas por las incineradoras de RSU, umbrales de emisión y efectos sobre la salud y el medio ambiente. ..................................... 57
Tabla 11 Toxicidad generada por los materiales que componen las celdas solares según el tipo........................................................................................................... 61
Tabla 12. Factor de emisión en el ciclo de vida. .................................................... 68
Tabla 13. Cálculo emisiones. ................................................................................. 68
Tabla 14. Cálculo de emisiones en la planta térmica diésel. ................................. 69
Tabla 15. Conformación escenario 2. .................................................................... 70
Tabla 16. Unidades requeridas. ............................................................................. 70
Tabla 17. Emisiones de CO2e planta Diesel.......................................................... 71
Tabla 18. Emisiones de CO2e planta RSU. ............................................................ 71
Tabla 19. Conformación escenario 3. .................................................................... 72
Tabla 20. Unidades requeridas. ............................................................................. 73
Tabla 21. Cálculo de emisiones en la planta térmica diésel. ................................. 73
Tabla 22. Matriz DOFA para el escenario 1. .......................................................... 75
Tabla 23. Matriz DOFA para el escenario 2. .......................................................... 75
Tabla 24. Matriz DOFA para el escenario 3. .......................................................... 76
Tabla 25. Configuración escenario más óptimo. .................................................... 77
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GLOSARIO
Sector energético: Es la unión de varias entidades y empresas que cumplen las funciones de generación, transmisión, comercialización y distribución de energía dentro de una nación, las cuales obran bajo un marco regulatorio que clasifican las actividades que cada una desarrolla dentro del sector. Fuentes renovables: Son “fuentes complementarias a las fuentes tradicionales”(López, 2015), de generación de energía eléctrica, las cuales usan los recursos naturales como base de sus sistemas. Algunas de las fuentes renovables de las cuales se habla hoy en día son: la energía solar, energía eólica, biomasa, biocombustibles, hidroeléctrica, undimotriz, mareomotriz, entre otras. Matriz energética: Se refiere a una representación de la energía que hay disponible en un país, en la cual se “establece las diferentes fuentes energéticas disponibles, indicando la importancia y participación de cada una de estas y la forma en que se usan. Estas se clasifican en fuentes primarias y fuentes secundarias. Las fuentes primarias a su vez pueden ser renovables y no renovables(Arango, 2007). FNCER en ZNI: Las ZNI son entonces un nicho de oportunidad directo para el despliegue de las tecnologías de FNCER, representan una prioridad del Gobierno Nacional para su implementación, teniendo en cuenta ante todo la disponibilidad de recursos como el solar, el hídrico, el biomásico o el eólico dependiendo de la zona específica a ser atendida. Hidroeléctricas: hidroeléctrico refiere a lo perteneciente o relativo a la hidroelectricidad. Este término está vinculado a la electricidad que se obtiene mediante la energía hidráulica, que es el tipo de energía generada por el movimiento del agua. Biocombustibles: Los biocombustibles contienen componentes derivados a partir de biomasa, es decir, organismos recientemente vivos o sus desechos metabólicos. Los biocomponentes actuales proceden habitualmente del azúcar, trigo, maíz o semillas oleaginosas(“¿Qué son los biocombustibles? | Biocombustibles | Medio ambiente y sociedad | BP España,” n.d.). Sistema interconectado nacional - SIN: A finales de los años sesenta, se conectaron sistemas eléctricos regionales diferentes y se materializó la Interconexión. Hoy se llama sistema interconectado al modelo integrador que hace posible el funcionamiento del sector eléctrico en Colombia, aquel donde se encuentran la generación y redes eléctricas para abastecer a todo el país. En él participa toda la cadena productiva: generadores, transmisores, distribuidores y comercializadores, y conforman el Mercado de Energía Mayorista colombiano.
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Energía Geotérmica: es una fuente de energía renovable que aprovecha el calor que existe en el subsuelo de nuestro planeta. Sus principales aplicaciones se dan en nuestra vida cotidiana: climatizar y obtener agua caliente sanitaria de manera ecológica tanto en grandes edificios (oficinas, fábricas, hospitales, etc.) como en viviendas(“Energía geotérmica - Twenergy,” n.d.) Energía Eólica: “es una fuente de energía renovable que utiliza la fuerza del viento para generar electricidad. El principal medio para obtenerla son los aerogeneradores, “molinos de viento” de tamaño variable que transforman con sus aspas la energía cinética del viento en energía mecánica(“Energía eólica - Twenergy,” n.d.)” Energía Solar: “es una fuente de energía renovable que se obtiene del sol y con la que se pueden generar calor y electricidad. Existen varias maneras de recoger y aprovechar los rayos del sol para generar energía que dan lugar a los distintos tipos de energía solar: la fotovoltaica (que transforma los rayos en electricidad mediante el uso de paneles solares), la fototérmica (que aprovecha el calor a través de los colectores solares) y termoeléctrica (transforma el calor en energía eléctrica de forma indirecta)(“Energía solar- Twenergy,” n.d.).” CONPES: Consejo Nacional de Política Económica y Social Dioxinas: “Las dioxinas son contaminantes ambientales que pertenecen a la llamada «docena sucia»: un grupo de productos químicos peligrosos que forman parte de los llamados contaminantes orgánicos persistentes (COP). Las dioxinas son preocupantes por su elevado potencial tóxico. La experimentación ha demostrado que afectan a varios órganos y sistemas”, (“OMS | Las dioxinas y sus efectos en la salud humana,” 2016). Furanos: “El furano, junto con las dioxinas, es una sustancia altamente tóxica y persistente en el medio ambiente que se disuelve fácilmente en grasas, lo que hace que se acumule en los organismos desde el medio y a lo largo de la cadena trófica”, (“¿Qué es el furano y cómo afecta nuestra salud? | Educación para Niños,” n.d.).
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1 GENERALIDADES
El archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina se ha caracterizado por ser una zona en la cual no se concibe una representación activa de parte del gobierno colombiano, razón por la cual los habitantes de estas islas se sienten desatendidos y que no son tenidos en cuenta en los diferentes programas que realiza el gobierno a favor de las zonas más desfavorecidas del país. A pesar de ser uno de los destinos turísticos más atractivos del país tanto para colombianos como para extranjeros, estas islas cuentan con un sistema de generación de energía eléctrica convencional el cual es un servicio bastante costoso de pagar, sobre todo para los habitantes del archipiélago. Actualmente las islas cuentan con un sistema convencional sistemas de generación de energía eléctrica. En donde se realiza la quema de derivados de combustibles fósiles, lo cual es un método en exceso costoso (alrededor de 100 millones de pesos al día son quemados para la generación de energía eléctrica que requieren las islas) y por supuesto es un factor altamente contaminante y nocivo para el medio ambiente. Como segunda medida de generación el departamento posee una planta de aprovechamiento térmico con la cual se contempla generar energía eléctrica a partir de los residuos sólidos urbanos (RSU), los cuales son recolectados del sector urbano y no urbano de las islas y que dentro de la planta son clasificados y son usados para producir calor el cual posteriormente se trasforma en energía eléctrica que va a ser consumida por los habitantes de la zona. Como último método de generación, en el año 2015 se finalizó la construcción de un parque de generación eólico que se encuentra ubicado al sur de la isla de San Andrés, en el sector de Bowie Bay, este parque se compone de una torre reticulada arriostrada de 60 metros. Con la construcción de este parque se dice evitar el consumo de 750.000 galones de diésel anuales en la isla, además de que con este sistema no se generan emisiones dañinas para el medio ambiente. Debido al alto grado de contaminación producido por los sistemas de generación de energía eléctrica en el archipiélago y de ver el potencial en cuanto a recursos naturales que poseen las islas y que pueden ser aprovechados para la generación de energía, el departamento se puede tomar como caso de estudio para la “implementación” del concepto de metabolismo urbano, el cual consiste en analizar las exigencias de materias primas para suplir las necesidades básicas de una población y el impacto que su empleo tiene en el medio ambiente. También es importante comprender las relaciones que existe entre estos materiales y los procesos sociales ya que, dependiendo de las magnitudes de los flujos generados en las poblaciones, se generan desequilibrios en la naturaleza.
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1.1 ANTECEDENTES En la actualidad, el servicio de energía eléctrica en las islas de San Andrés, Providencia y Santa Catalina es suministrado por la empresa SOPESA S.A. E.S.P. (Sociedad Productora de Energía de San Andrés y Providencia S.A. E.S.P.) la cual opera desde el año 1996. En el año 2009, el Ministerio de Minas y Energía por medio de una convocatoria pública le concedió a esta empresa el contrato de exclusividad para la prestación del servicio de energía eléctrica en todo el territorio del archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina. SOPESA S.A. E.S.P. posee los siguientes proyectos de generación de energía para el archipiélago:
• Planta de generación combustible fósil: Este proyecto contempla la modernización del Parque Generador Punta Evans con una casa de máquinas y dos unidades MAN Diesel de bajo consumo. Capacidad 28,6 MW(“Soluciones Energéticas para San Andrés.,” n.d.).
• Planta de generación RSU: El proyecto consiste en una planta de aprovechamiento energético de basuras con capacidad de generar 4GWh/año a partir de los residuos sólidos urbanos (RSU) producidos en la isla y de los residuos dispuestos en el relleno sanitario Magic Garden. Funcionando desde el 2012 y queriendo dar solución al problema ambiental que generaban los residuos sólidos en esa época.
• Parque de generación eólico: La empresa instalo una torre de medición de viento al sur de la isla de San Andrés, la cual se encuentra funcionando desde agosto del 2010.
Por medio del Ministerio de Minas y Energía el Gobierno Nacional dispuso emprender un proyecto para reconvertir el parque de generación térmica en el departamento(“Soluciones Energéticas para San Andrés.,” n.d.) La isla de San Andrés consume al año en promedio unos 120.000 millones de pesos, de los cuales recibe un subsidio de 90.000 millones de pesos por parte del Gobierno colombiano y los 30.000 millones de pesos restantes son los que los usuarios del servicio pagan a modo de factura. De modo que la administración del departamento del archipiélago de San Andrés está en constante búsqueda de garantizar un buen servicio y suministro de energía para los habitantes de las islas a precios competitivos. Ellos piden que el gobierno del país siga implementado en el territorio del archipiélago las políticas que pretenden una mejora en la prestación del servicio, la reducción del impacto sobre el medio ambiente y también las medidas que conlleven a tarifas sostenibles y sustentables para los usuarios. Todo lo anterior teniendo en cuenta el modelo de desarrollo que se encuentra definido en las islas, el cual tiene como principio la promoción y reconocimiento de los derechos humanos y la relación que tiene la
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población con el medio ambiente para la preservación del mismo con el fin de que futuras generaciones puedan disfrutarlo.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1 Descripción del problema
Hoy en día el 81% de la energía consumida a nivel mundial proviene de fuentes fósiles, mientras que el 19% restante proviene de fuentes renovables(UPME & BID, 2015). Las fuentes renovables que producen energía se encuentran asociadas principalmente con el uso tradicional de la biomasa en aplicaciones como la leña para cocción de alimentos y calentamiento de espacios, y la hidroenergía para generación eléctrica. A nivel mundial, en una menor medida, se aprovecha la energía proveniente de fuentes como el sol, la geotermia y la biomasa para su conversión en energía térmica a través del uso de tecnologías relativamente modernas, seguidas de estas y otras fuentes como la eólica para la generación de energía eléctrica. “Finalmente, se suman el aprovechamiento de fuentes renovables el uso de biocombustibles en el sector de transporte y tecnologías en etapas incipientes de desarrollo como es el caso de la energía de los mares en forma de mareas, oleaje, gradientes térmicos o gradientes salínicos (Brower et al., 2014)” La dependencia mundial en el petróleo, el carbón, el gas natural y aun en los combustibles nucleares, como recursos fósiles disponibles en cantidades que pueden ser consideradas relativamente abundantes pero finitos, y las coyunturas económicas y geopolíticas asociadas, con su distribución geográfica y su dominio, han generado en muchos países la necesidad de iniciar una transición hacia el uso de recursos energéticos de carácter renovable, que a su vez contribuyan a la reducción de emisiones de efecto invernadero y a la mitigación del cambio climático que viene experimentando el planeta. La producción de energía en Colombia está enmarcada en su mayoría por recursos de origen fósil, sabiendo que cuenta con una matriz energética relativamente rica en combustibles fósiles como en recursos renovables. Según el artículo de la UPME (Integración de las energías renovables no convencionales en Colombia) el país depende de un 78% de combustibles fósiles que tienen una gran capacidad de autoabastecer la demanda contando con una reserva suficiente para cerca de 170 años en el caso del carbón, del orden de 7 años para el petróleo y 15 años para el gas natural. Colombia cuenta con una red nacional de energía, en donde existen departamentos que no se encuentran beneficiados de ésta por su ubicación geográfica y los cuales son denominados como zonas no interconectadas, en donde el gobierno nacional
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por medio del Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para las zonas no interconectadas (IPSE), viene trabajando en la implementación de soluciones energéticas de las mismas. Actualmente el Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina cuenta con un sistema de generación de energía convencional altamente contaminante. En la actualidad las islas se abastecen de energía gracias a la quema de derivados de los combustibles fósiles (diésel). En el 2009 una iniciativa del sector privado ha venido estudiando la posibilidad de implementar energías limpias, como lo es el aprovechamiento de la energía del viento y la energía térmica oceánica.
1.2.2 Formulación del problema
Se sabe que el departamento de San Andrés cuenta con una gran variedad de recursos naturales considerados como nichos de oportunidad para la generación de energía eléctrica. Con la implementación de sistemas de generación de energía con fuentes renovables es posible lograr una reducción de la contaminación del medio ambiente, beneficiando a la fauna y flora de la zona evitando la alteración de los ecosistemas; así como también la calidad de vida de los habitantes de la región permitiéndoles respirar un aire libre de contaminantes. Con base a lo expuesto anteriormente, en este trabajo de grado se quiere resolver los siguientes problemas:
• ¿Es factible la implementación total y/o parcial de energía limpia para la generación de energía eléctrica, aprovechando los recursos naturales en el archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina?
• ¿Cómo influye el desarrollo de proyectos de energías limpias a nivel social, medio ambiental y calidad de vida de los isleños?
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general
Determinar la viabilidad de uso de tecnologías limpias en la generación de energía eléctrica, en el caso de la población del Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina.
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1.3.2 Objetivos específicos
• Caracterizar la demanda y el servicio eléctrico orientado hacia la satisfacción de las necesidades del consumo energético de las islas.
• Caracterizar la generación eléctrica determinando el tipo de fuente, el nivel de producción y desempeño ambiental
• Proponer alternativas de energías limpias y renovables que garanticen el servicio adecuado y logre minimizar las emisiones causadas por el sistema actual.
1.4 JUSTIFICACIÓN En general, el deseo y necesidad de los sanandresanos es el encontrar alternativas sostenibles con el fin de reducir y/o sustituir la participación del actual sistema convencional de generación de energía por otro que incluya el uso de energías renovables, con el cual puedan suplir la demanda de energía en las islas y que además sea totalmente amigable con el medio ambiente. Razón por la cual el Ministerio de Minas y Energía ha explorado con algunas agencias internacionales el desarrollo de esta clase de proyectos aprovechando el gran potencial que poseen las islas para la implementación de un sistema de generación de energía eólica, solar, entre otras. También entidades como el IPSE, quien dentro de sus procesos y estándares tiene catalogado al territorio del archipiélago de San Andrés como una ZNI (Zona No Interconectada) al sistema de energía a nivel nacional; y la UPME quien se encarga de la integración del desarrollo minero energético del país, son entidades que se encuentran a favor de la importancia de las fuentes de energías limpias para la sostenibilidad y la preservación de la biodiversidad del territorio del archipiélago. Desafortunadamente es muy poca la participación que se le ofrece a la opinión pública, ya que no es tenida en cuenta para aterrizar un proyecto a la realidad. La población se siente ignorada porque no son escuchadas sus opiniones o dudas que surgen cuando se habla de un proyecto de esta índole y por eso, no se ha llegado a desarrollar un proyecto con estas características en las islas. En vista que el calentamiento global se ha vuelto un tema de gran importancia a nivel mundial, en diferentes países se ha venido investigando sobre la implementación de fuentes renovables para minimizar el impacto causado por el uso de fuentes convencionales de energía. Países como Alemania, España, Dinamarca y Suecia tienen una fuerte influencia en Europa en el uso de las energías renovables. A nivel de Suramérica, Brasil es pionero en la implementación de estos sistemas. Para el desarrollo del presente trabajo se tuvo la oportunidad de realizar una visita técnica a la ciudad de San Carlos en Brasil, en la cual se participó de una
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serie de conferencias, entre las cuales se destaca una conferencia acerca de las energías renovables usadas en el país, presentando como tema principal la implementación de pequeñas centrales hidroeléctricas esto debido que Brasil cuenta con un gran recurso hídrico. La visita técnica tenía como fin realizar la transferencia tecnológica de los sistemas de generación eléctrica con fuentes renovables que son empleados en Brasil y como podría ser su implementación en alguna zona de nuestro país.
1.5 DELIMITACIÓN
1.5.1 Espacio
Para la investigación del presente trabajo de grado se toma como zona de estudio el departamento de San Andrés y Providencia. El archipiélago se encuentra catalogado dentro de las zonas no interconectadas al servicio de energía eléctrica del país, lo cual indica que esta región posee su propio sistema de generación eléctrica y por consiguiente sus emisiones de gases de efecto invernadero son bastante altas.
1.5.2 Tiempo
El presente proyecto se realizó durante un periodo de 8 meses. Donde se ejecutó el estudio de viabilidad para la implementación de fuentes renovables para la generación de energía en las islas de San Andrés, Providencia y Santa Catalina. El estudio se realiza con el propósito de presentar las alternativas viables de generación de energía en las islas para sustituir el sistema de generación actual, aprovechando los recursos naturales con los que cuentan con el fin de mitigar el impacto ambiental ocasionado por los gases de efecto invernadero y de esta manera clasificar a las islas dentro de un sistema autosuficiente.
1.5.3 Contenido
El presente documento se encuentra dividido en siete capítulos, dentro de los cuales se desarrolla el tema central de la investigación realizada. Para el primer capítulo se describen las generalidades con las que cuenta el trabajo realizado, como lo son los antecedentes, el planteamiento del problema, objetivos, justificación, delimitación y la metodología bajo la cual está inmersa el documento. Para el segundo capítulo se realiza una caracterización de la zona de estudio con el fin de contextualizar la situación y el alcance, lo cual se convierte en la base de la investigación a desarrollar. Como tercer capítulo se tiene una caracterización de la generación eléctrica en el departamento, esta información servirá como fundamento para el desarrollo de los siguientes capítulos.
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Dentro del cuarto capítulo se indago sobre las emisiones que son producidas por los diversos sistemas de generación eléctrica que existen actualmente y que se muestran dentro de los escenarios propuestos en el siguiente capítulo. En el quinto numeral se plantean tres escenarios dentro de los cuales se proponen diversas configuraciones para la generación eléctrica de acuerdo a las condiciones actuales del departamento y a los niveles de ambición que se establecen dentro del capítulo. Estos niveles de ambición están ligados y se evalúan desde el punto de vista de considerar una reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Para los capítulos seis y siete se exponen las conclusiones y recomendaciones que surgen del desarrollo del documento.
1.5.4 Alcance
Para el desarrollo del documento, en primera instancia se hizo necesaria la recolección de información acerca de los diversos proyectos sobre generación de energía eléctrica implementados en el país. Así como también, los proyectos desarrollados en Brasil y en algunos países de los demás continentes, tomando como referencia los proyectos que puedan servir de ejemplo y evaluar la aplicación de los mismos en el archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina. Seguidamente se realizará un acercamiento a la situación actual del departamento, se conocerá la demanda y la cobertura del sistema energético con la finalidad de evidenciar las necesidades energéticas de la región. También se llevará a cabo la caracterización de la generación eléctrica en las islas especificando el tipo de fuente, el proceso de producción, se identificarán los niveles de contaminación y las repercusiones ambientales a las que estas conllevan. Finalmente se elaborarán propuestas sobre la implementación de tecnologías limpias y renovables las cuales tendrán como lineamiento el garantizar una cobertura y servicio eléctricos apropiados, además de minimizar las emisiones causadas por el sistema de generación actual.
1.6 MARCO REFERENCIAL
1.6.1 Marco teórico
El presente numeral presenta algunos estudios y definiciones realizados por diferentes entidades públicas y organizaciones internacionales expertas, en el
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marco de la producción energética utilizando los recursos renovables existentes en las zonas donde se quiera implementar el uso de estas. Actualmente para la producción de energía eléctrica se implementa el uso de tecnologías limpias, evidenciando su aporte ambiental al planeta. Estos artículos son de gran importancia, para el desarrollo de este proyecto.
1.6.1.1 El mercado de las energías renovables en Brasil
Brasil al ser considerado como el país más poblado y con mayor extensión de territorio en América Latina presenta un importante desarrollo en el sector energético, ya que desde hace algunas décadas ha venido mostrando un crecimiento en el consumo de energía eléctrica. Este consumo se encuentra repartido entre los diversos sectores que existen en el país de la siguiente manera: industrial (34%), transporte (28%), producción de energía (11%), residencial (10%) y los sectores que menor consumo representan son: público (1,6%), comercial (2,8%) y agrícola (4,3%). Este país posee un gran potencial en materia de fuentes renovables de energía debido que se ha registrado en años anteriores que la producción con estas fuentes alcanza casi un 50% de la producción total de energía consumida en el país. Brasil en mayor medida genera energía por medio de hidroeléctricas y biocombustibles a base de derivados de la caña de azúcar. Pero también, aunque en menor proporción, se usan otro tipo de energías renovables como la geotérmica y la eólica. La implementación de este tipo de fuentes renovables de generación de energía se hace evidente ante la creciente demanda energética que va adquiriendo el país, ya sea por el crecimiento de la población o por los elevados costos que presentan los sistemas convencionales de generación de energía. También nace de la necesidad de disminuir los efectos dañinos que son causados al medio ambiente y que actualmente entran dentro de los planes de acción y las políticas de estímulos que hace el gobierno del país. Brasil posee una matriz energética nacional, bajo la cual se tienen en cuenta los diversos métodos de generación de energía para el consumo de los sectores del país. Con ella se busca determinar la competitividad de las fuentes de generación de manera que se pueda establecer la tecnología que requiere cada una de ellas, los costos en los que se incurren para el desarrollo y la sustentabilidad de las mismas. Este país es uno de los líderes en producción de energía con fuentes renovables en el mundo, razón por la cual algunos países han importado la tecnología desarrollada en Brasil, “los países más desarrollados del mundo centran su atención en la agro energía y los biocombustibles brasileños, siendo uno de los mercados más interesantes dentro del sector de las renovables." (López, 2015)
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Las características de las distintas fuentes alternas de energía del mercado de fuentes renovables en Brasil, se pueden observar en la Tabla 1. Tabla 1. Características de las distintas fuentes alternativas de energía.
Fuente:(López, 2015) Como se mencionó anteriormente, aproximadamente el 44% del suministro de energía de Brasil se realiza por medio de fuentes renovables, lo cual significa que, a nivel mundial, el país tiene una representación del 14%, esto indica que las emisiones de gases de efecto invernadero son mínimas comparadas con las emisiones de países industrializados. Aun así, tanto el gobierno de Brasil como la sociedad lucha por alcanzar menores índices de emisión de CO2. Esto lo consigue por medio de regulaciones y normatividad en procura de un mejor ambiente, las cuales signifiquen cambios en los métodos de generación de energía y con los altos montos de inversión para el desarrollo de esta industria. Basado en lo anterior, se puede garantizar un crecimiento en la economía del país en un 5% anual aproximadamente.
Refiriéndose al marco jurídico e institucional, “Brasil ha comenzado a avanzar hacia una transición energética. Hoy se promueve en el país la aplicación y uso de energía renovable a gran escala.(Itaipu & Hidro-Informática, 2011)”. Con la creación de nuevas leyes y resoluciones, el país ha experimentado distintos cambios hacia el desarrollo de nuevas fuentes alternas de generación de energía, los cuales han permitido que este tipo de sistemas progresen y avancen en nuevas tecnologías y recursos para su ejecución.
1.6.1.2 Integración de las energías renovables no convencionales en Colombia
Este estudio fue realizado por la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) y en el cual se promueven el uso de fuentes no convencionales de energía renovable en Colombia, teniendo en cuenta que Colombia goza de una matriz
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energética relativamente rica tanto en combustibles fósiles como en recursos renovables. En el estudio se comenta que se la producción de energía, gracias a fuentes convencionales se encuentra entre un 70% a 80% de producción anual, el cual conduce a considerar la necesidad de integrar otras fuentes y tecnologías renovables, como es el caso de energía eólica, la solar y otras, esto con el fin de reducir la dependencia de fuentes convencionales contaminantes como las actuales, tanto hidroeléctricas de gran tamaño como fósiles. En el documento también se describe sobre las afectaciones en la producción de energía convencional. Para los casos de hidroeléctricas a gran escala como fósiles, se ven afectados por fenómenos como el Niño y el cambio climático, y en el segundo caso estos están sujetas a una amplia volatilidad en precios, siendo necesario reconocer adicionalmente, que eventualmente tenderán a su agotamiento tanto a nivel doméstico como a nivel mundial. En publicación se presentan los nichos de oportunidad más promisorios con los que cuenta Colombia para aprovechar sus FNCER con fines energéticos. “Los recursos a nivel nacional, como son una irradiación solar promedio de 194 W/m2 para el territorio nacional, vientos localizados de velocidades medias en el orden de 9m/s (a 80 m de altura) para el caso particular del departamento de la Guajira, y potenciales energéticos del orden de 450.000 TJ por año en residuos de biomasa, representan potenciales atractivos comparados con los de países ubicados en otras latitudes del planeta.(UPME & BID, 2015)”
El análisis y el trabajo técnico presentado en el documento se centra en cinco nichos de oportunidad en temas de FNCER para Colombia, los cuales han sido identificados como áreas de potencial que el país podría desarrollar, si se invierte en este:
• El desarrollo de proyectos eólicos en zonas de alto potencial, empezando por
el departamento de La Guajira.
• El desarrollo masivo de sistemas distribuidos de autogeneración solar FV a
pequeña y mediana escala.
• El desarrollo de proyectos de cogeneración a partir del aprovechamiento de
la biomasa con fines energéticos.
• El desarrollo de proyectos geotérmicos en zonas de alto potencial como el
área del macizo volcánico del Ruiz.
• El despliegue de proyectos con FNCER, especialmente a través de
esquemas híbridos de generación, como solución energética en ZNI.
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Se presentaron estos nichos como base para la implementación de los mismos, teniendo en cuenta la disminución de costos logrado gracias al desarrollo tecnológico de los últimos años, a esto se suma el interés de los actores locales para desarrollar proyectos de esta envergadura con el fin de satisfacer una necesidad básica como lo es el acceso a la energía eléctrica. Finalmente, en el caso de las ZNI, en las que las soluciones convencionales para la provisión de energía eléctrica se basan primordialmente en el uso de grupos electrógenos diésel, las FNCER como pequeños aprovechamientos hidroeléctricos, sistemas solar FV, pequeños aerogeneradores y modernos aprovechamientos energéticos de la biomasa, representan soluciones costo efectivas que resultan competitivas con esa tecnología convencional dados los altos costos asociados principalmente con el transporte y consumo del diésel. Dada esta oportunidad de competitividad en costos, las ZNI representan el nicho de oportunidad más directo para el despliegue de estas tecnologías, y una alta prioridad del Gobierno Nacional en materia de energías renovables. Nichos de oportunidad Para el análisis y trabajo técnico llevado a cabo para la elaboración del documento se tienen en cuenta cinco nichos de oportunidad en materia de FNCER para Colombia, los cuales son fuentes potenciales para la generación de energía eléctrica en el país. A continuación, se presentan:
• Energía eólica
• Energía solar FV
• Energía de la biomasa
• Energía geotérmica
• FNCER en ZNI
- Energía eólica Se describe que es una de las fuentes alternas de generación de energía con mayor difusión a nivel mundial, pasando de una capacidad instalada de 48 GW a 318 GW en diez años. Cuenta con una tasa de crecimiento del 21% en los últimos cinco años. Se mencionan que países como Dinamarca y España producen una cantidad considerable de su energía a partir de esta fuente y que las empresas que dominan aproximadamente el 50 % del mercado mundial en la producción de turbinas y/o aerogeneradores son de origen europeo, asiático y norteamericano. La representación latinoamericana en cuanto al uso de FNCER en cuanto a mayor capacidad eólica instalada es por parte de Perú, Panamá, Chile, México y Brasil con
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148 MW, 220 MW, 836 MW 2,3 GW y 5,9 GW mientras que Colombia cuenta con 19.5 MW conectados al SIN. El recurso eólico en Colombia no se caracteriza por ser uno de los mejores en términos generales; solo algunas regiones del país disponen de este recurso como lo es el departamento de la Guajira con el parque eólico Jepírachi (véase Figura 1), gran parte de la región Caribe, al igual que en los departamentos de Santander y Norte de Santander. Se destaca el potencial de unas zonas específicas de Risaralda, Tolima, Valle del Cauca, Huila y Boyacá puesto que cuentan con recursos aprovechables sin embargo los vientos de la Guajira se destacan ante las demás regiones mencionadas tanto así que son considerados como los mejores de Sur América. Figura 1. Parque eólico Jepírachi.
Fuente: (“Los parques eólicos,” 2015.) Si se aprovechara este potencial energético de la Guajira se puede traducir que la capacidad instalable sería del orden de 18 GW que representa casi 1.2 veces la capacidad de generación instalada al SIN a diciembre de 2014. Teniendo en cuenta lo anterior si se suma el resto de la costa Caribe que representa velocidades un poco menores y con zonas costeras igualmente atractivas en las cuales el potencial eólico de la región Caribe podría ascender a una capacidad instalada de 20 GW. La ausencia de proyectos eólicos está dada a barreras que impiden o complican la viabilidad de los mismos por factores como falta de infraestructura eléctrica necesaria para desalojar la energía producida hacia el interior del país y la complejidad de los procesos de negociación con las comunidades que habitan la
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región, lo anterior para el caso de La Guajira y el parque eólico Jepírachi, adicionalmente se le suma la ausencia de un marco normativo y regulatorio que viabilice la participación de este tipo de energía variable en el mercado eléctrico nacional. Las razones principales por la cuales se considera la implementación de proyectos eólicos en áreas de alto potencial como es el caso de la Guajira es por el beneficio que le aportaría al país, entre los que se destacan es la capacidad de sustituir por ejemplo parte del gas natural que hoy en día es utilizado para la generación de energía eléctrica. Otro beneficio que se daría gracias a la utilización del recurso eólico sería el aumento de la capacidad de generación en la región caribe que depende en buena parte de la originada en el centro del país. En términos ambientales el desplazamiento de generación térmica con fuentes fósiles por energía eólica renovable representaría un gran beneficio medido en términos de ahorros en emisiones de efecto invernadero. - Energía solar FV Según el documento describe que es la segunda fuente renovable más usada después de la eólica para la generación de energía eléctrica, con una producción que se encuentra entre el 0,85% y el 1% de la demanda mundial de electricidad, lograda a través de una capacidad instalada de 139 GW a 2013, en este mismo año esta tecnología logro superar por primera vez en términos de crecimiento a la energía eólica con un incremento en la capacidad instalada de 39 GW. El crecimiento promedio de la capacidad y uso de la energía solar en los últimos años es del 55% anual para los últimos años. Los países que lideran los mercados de la energía solar son Alemania, China, Italia con capacidades instaladas del orden de 36, 19 y 18 GW, respectivamente. Se podría que por la implementación de esta tecnología los costos de producción y los precios de la tecnología solar FV han decrecido de manera considerable en los últimos 10años y mucho más en los últimos 4 años, permitiendo que esta tecnología sea más asequible. Para el caso de Colombia, según entidades como la UPME y el IDEAM indican que el país cuenta con una irradiación promedio de 4,5 kWh/m2/d estando muy por encima del promedio recibido en Alemania que es de 3 kWh/m2/d destacando que es el país que hace mayor uso de la energía solar FV a nivel mundial con aproximadamente 36 GW de capacidad instalada para el 2013. Actualmente se construye el primer proyecto de energía solar en Yumbo, Valle del Cauca. El cual costa de una granja solar de 35.000 paneles, que estará lista para el tercer trimestre del año en curso (véase Figura 2)
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Figura 2. Granja solar.
Fuente: (“Celsia inicia construcción de granja solar en el Valle,”2017) Adicionalmente se presenta un mapa en donde se presenta el recurso solar en Colombia frente al resto del mundo, destacando países como África, el Medio Oriente o Australia superando el recurso disponible en Sur América pero que tampoco es bajo en comparación a los países nórdicos, en el caso de Colombia y los países ecuatoriales se cuenta con la ventaja de tener un buen recurso promedio a lo largo del año al no experimenta el fenómeno de las estaciones. El documento menciona el atlas de radiación solar de la UPME, pero se verifico en el atlas interactivo del IDEAM en el cual se muestra que ciertas regiones particulares como La Guajira, buena parte de la Costa Atlántica y otras regiones específicas en los departamentos de Arauca, Casanare, Vichada y Meta presentan niveles de radiación por encima del promedio nacional que pueden estar por el orden de los 6 kWh/m2/d, siendo bastante bueno para que en un futuro se implemente en diferentes zonas. Según una proyección realizada en el 2010 se muestra que en Colombia debían existir alrededor de 9 MWp de capacidad solar fotovoltaica instalada, correspondiente a sistemas privados, aplicaciones profesionales y soluciones en Zonas No Interconectadas. De acuerdo a lo expuesto anteriormente y varias razones más se lleva a considerar a la energía solar FV un nicho de oportunidad con potencial para brindar beneficios importantes al sector energético nacional. Entre los que se destacan los costos decrecientes de la tecnología, en especial de los módulos o celdas solar FV, que ha llevado a que el costo nivelado de la energía solar FV hoy en día resulte competitivo
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en algunos casos con las tarifas del mercado minorista de energía eléctrica, especialmente a niveles y comercial y residencial. A partir de los pequeños sistemas de autogeneración distribuida se pueden lograr impactos positivos, como son el de permitir a los usuarios generar su propia energía, reduciendo así el riesgo de los usuarios a estar sometidos a cierta volatilidad y usuales incrementos de costos en la electricidad. De igual manera, el uso de la energía solar FV está en capacidad de producir un desplazamiento marginal de la generación de plantas térmicas de mayor impacto ambiental, teniendo en cuenta que, de acuerdo con los análisis de ciclo de vida de diferentes tecnologías, los factores de emisiones asociados con los sistemas solar FV se encuentran en el orden de 50 kg CO2 eq/MWh, frente a valores por encima de 450 kg CO2 eq/MWh para plantas operadas con combustibles fósiles. Finalmente, a través de la promoción de esquemas de autogeneración a pequeña escala, que se facilitan gracias a la versatilidad en materia de modularidad y fácil instalación de la tecnología solar FV, siendo esta una tecnología accesible, al menos a aquel público que hoy en día paga las más altas tarifas de energía en el país, se podrá empezar a dar lo que hoy se conoce como la democratización del mercado de energía, en la medida en que los usuarios entrarían a participar activamente del mismo con la posibilidad de convertirse en productores y, eventualmente, en vendedores de excedentes a su comercializador o a terceros interesados en su consumo. - Energía de la Biomasa La biomasa es aun hoy en día, como la ha sido a lo largo de la historia de la humanidad la fuente más tradicional de energía renovable de mayor participación en la canasta energética mundial, siendo protagonista especialmente en países subdesarrollados y en vía de desarrollo a través del caso de la leña como energético comúnmente utilizado por poblaciones rurales y de escasos recursos para labores como la cocción de alimentos y la iluminación. Es así como el uso tradicional de la biomasa participa hoy con un 9% del consumo mundial de energía final, mientras que todas las otras fuentes de energía renovable suman entre todas un 10%. En lo que a la producción de electricidad se refiere, de un total de 21.431 TWh de electricidad producidos en el año 2010 a nivel mundial, la biomasa participaba con la producción de 331 TWh, es decir con aproximadamente un 1,5% de ese total. Entre tanto, para 2013 se tiene información que indica que tal generación ascendió a los 405 TWh, habiendo crecido en un 22% en tan solo tres años. Mientras que Estados Unidos es el país líder en generación de electricidad a partir de biomasa con una producción de 59,9 TWh en 2013, cifra que representa tan solo el 1,5% de su producción, el segundo país en producir mayor número de GWh al año a partir de biomasa en el mundo es Alemania, con 47,9 TWh en 2013, cifra que representó
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un 8,0% de su consumo final de electricidad para tal año. Entre tanto, Brasil está muy a la par con Alemania en lo que a la participación interna del recurso se refiere, con una porción del 8,1% de su electricidad producida a partir de biomasa, mientras que en Finlandia dicha participación asciende al 12%. Cabe resaltar que la biomasa no solo participa en la producción de energía eléctrica, sino que también contribuye para fines exclusivamente térmicos, y en otros para producir energéticos para el sector transporte (biocombustibles). Con esto, al considerar tanto los usos tradicionales como los usos modernos de la biomasa como energético, su participación en la canasta energética mundial asciende al orden de poco más del 10%, teniendo en cuenta que en países como Finlandia, Suecia y Estonia esta fuente supera el 25% de participación en tales usos finales de la energía. También es de resaltar el caso de Brasil, en donde las cifras disponibles sugieren que la biomasa ocupa un lugar preponderante en la canasta energética del sector industrial con cifras del orden de 40% para la industria metalúrgica, 35% para la industria cementera y 75% para la industria de alimentos, a la vez que este recurso representa el 23% de la canasta energética del transporte carretero a través de la producción de biocombustibles. Figura 3. Quema del bagazo de la caña en los ingenios para la producción de su propia energía y venta de excedentes al SIN.
Fuente:(Portafolio,2015) En Colombia, de aproximadamente 62.200 GWh de electricidad producidos en el SIN en 2013, 804 GWh, equivalentes al 1,3% de tal generación, correspondieron al uso de biomasa o, más exactamente, al uso energético de bagazo de la caña de azúcar. Entre tanto, el uso de la biomasa para la producción de calor en la industria, especialmente representado por el uso de bagazo, algo de leña, carbón vegetal y otros residuos (como los de la palma de aceite y el arroz, utilizados generalmente para producción exclusiva de calor), representa aproximadamente un 11% del total de energía final utilizada por tal sector de consumo. Por otra parte, la participación de los biocombustibles en la canasta energética nacional contribuye según cifras de
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2012 con aproximadamente un 4,8% del consumo final de energía en el sector transporte11 y a 2013 con un 7,04% en el caso del transporte carretero. Sin embargo, más allá del uso energético de la biomasa que ya se realiza en Colombia, el potencial para lograr un mayor aprovechamiento de residuos agropecuarios es considerable. Entre tanto, el potencial para desarrollar cultivos energéticos más allá de la porción de aquellos existentes en el caso de la palma de aceite y la caña de azúcar que son utilizados para la producción de biocombustibles, es igualmente considerable en tanto que se visualiza la disponibilidad de tierras con vocación agrícola, teniéndose cerca de 15 millones de hectáreas con tal vocación que hoy en día no son destinadas a esa actividad productiva, al tiempo que se enfrentan necesidades y oportunidades para el desarrollo rural que cobran especial importancia ante un eventual escenario de postconflicto. Es así como esquemas integrales de manejo de residuos de biomasa (ej. residuos del arroz, café, cacao, banano, y otros cultivos) que integren el aprovechamiento energético, sumado al eventual desarrollo de tierras productivas con objeto de cultivos energéticos (como cultivos dendroenergéticos u otros) han de jugar un papel importante en el crecimiento y modernización del sector agropecuario nacional y en el desarrollo del campo como tal. Países como Suecia, Brasil y la India, que son pioneros en el aprovechamiento energético de la biomasa. De igual forma, con una visión de largo plazo, Colombia puede considerar la estructuración, en un horizonte de muy largo plazo, de una economía que se transforme de la actual dependencia en el petróleo (no solo en el aspecto energético sino igualmente en el consumo de derivados de este recurso como materias primas) hacia una economía que pueda migrar tal dependencia a otros recursos energéticos de origen renovable entre los que la biomasa sería el sustituto directo del petróleo. Para considerar cómo ir avanzando en esa dirección se pueden mirar los ejemplos de los planes esbozados por la Comunidad Europea para los próximos 10 años en materia de inversiones en bioenergía, y los primeros pasos que están tomando países como Estados Unidos y Brasil en el desarrollo de biorrefinerías, partiendo de la base de las plantas de biocombustibles hoy en día existentes en esos países. También como una oportunidad a ser aprovechada en el corto o mediano plazo, se tiene el caso del uso energético de una porción de los Residuos agrícolas de cosecha –RAC–, producto de la cosecha mecanizada de la caña de azúcar, los cuales han venido incrementando en volumen en los últimos años a raíz de la tendencia de mecanización que esta industria ha experimentado en respuesta a factores ambientales, de competitividad y sostenibilidad. Adicionalmente, está también el caso del tratamiento de aguas residuales producidas en plantas de alimentos y bebidas, a partir del cual se genera biogás (metano) que puede ser aprovechado para la producción de energía térmica (como hoy en día ya se hace en algunas pocas industrias del sector a nivel nacional), e idealmente para proyectos de cogeneración en los que, además de aprovecharse la generación de
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vapor para usos en los procesos industriales, se logra producir electricidad a bajos costos que permiten pagar las inversiones en tiempos relativamente cortos (del orden de 3 y 4 años). - Energía geotérmica En cuento a energías renovables desarrolladas y más usadas se destaca la energía geotérmica, la cual hoy en día cuenta con una capacidad instalada del orden de 11.7 GW a nivel mundial año 2013, siendo Estados Unidos, Filipinas e Indonesia los países con mayores capacidades con 3.4, 1.9, y 1.3 GW respectivamente. Los países latinoamericanos como México con 980 MW, costa rica y El Salvador con un poco más de 200MW cada uno y Nicaragua con 155 MW. Entre los países con mayor participación de la geotermia entre sus fuentes de generación eléctrica se encuentra Islandia (30%), Filipinas (27%), El salvador (25%), Costa Rica y Nueva Zelandia (con aproximadamente 14% en cada caso). Figura 4. Energía geotérmica.
Fuente: (Isagen,2017) Actualmente Colombia es uno de los países que no presenta un mayor potencial para el aprovechamiento del recurso geotérmico, según estudios si cuenta con zonas específicas como lo son la zona volcánica del Nevado del Ruiz y zona de influencia de los volcanes Chiles, Cerro Negro y Azufral en la frontera con Ecuador, zonas donde se puede aprovechar decenas de MW a muy bajos costo de producción y operación. El principal reto para la implementación y desarrollo de este tipo proyectos yace en el riesgo y costos asociados a las etapas de exploración, y en la necesidad de
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establecer un marco regulatorio adecuado para la administración de este recurso que hasta el momento no ha sido explotado en Colombia. Desde los años 70 se vienen haciendo estudios para la identificación de las zonas potenciales para el desarrollo de este tipo de proyectos, y hoy en día dos de las grandes empresas generadoras nacionales tienen firmes proyectos en etapas de licenciamiento para le exploración y explotación del recuso. Entre sus ventajas, la energía geotérmica (véase Figura 4) cuenta con la facilidad de utilizar tecnología equivalente a la ampliamente utilizada en plantas térmicas que operan con combustibles fósiles a partir de ciclos Rankin y ciclos combinados. La diferencia con estas últimas radica en que en lugar de hacerse necesario el uso de un combustible para obtener el vapor saturado que mueve las turbinas de generación, se hace necesaria la perforación de pozos en localizaciones estratégicas bajo las cuales yacen reservorios de agua caliente y vapor producido a partir del mismo calor de la tierra(UPME & BID, 2015). - FNCER en ZNI Para el caso de las ZNI, en las que las soluciones convencionales para la provisión de energía eléctrica se basan principalmente en el uso de grupos electrógenos diésel, las FNCER como son pequeños aprovechamientos hidroeléctricos, sistemas solar FV, pequeños aerogeneradores y aprovechamientos energéticos de biomasa para su eficiente combustión, representan soluciones costo efectivas que resultan competitivas con esa tecnología convencional dados los altos costos asociados principalmente con el transporte y consumo del diésel. Las ZNI son entonces un nicho de oportunidad directo para el despliegue de las tecnologías de FNCER anteriormente referidas, y representan una prioridad del Gobierno Nacional para su implementación, teniendo en cuenta ante todo la disponibilidad de recursos como el solar, el hídrico, el biomásico o el eólico dependiendo de la zona específica a ser atendida. Lo anterior está sustentado por hechos como el que la Ley 697 de 2001 establece que es voluntad del Estado colombiano promover el desarrollo de las FNCE en las ZNI, mientras que el plan de acción indicativo del PROURE 2010- 2015 determina las metas indicativas referidas en el capítulo 1 para lograr un 20% de participación de FNCE en la capacidad eléctrica instalada en ZNI a 2015 e incrementa tal meta para alcanzar un 30% en 2020. En esta materia, si bien el objetivo planteado probablemente no podrá ser cumplido al finalizar el año 2015, las cifras del IPSE indican que aproximadamente el 44% de los nuevos proyectos que se encontraban en marcha a 2014 (62 de 141 proyectos) están asociados con el uso de FNCE, mientras que un 29% del total de recursos que estaban siendo invertidos eran dirigidos a aquellos proyectos con FNCE (25.131 de 85.559 millones de pesos).
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1.6.1.3 Metabolismo urbano
El concepto de metabolismo urbano se describe como una herramienta para el desarrollo de ciudades y comunidades sostenibles, el cual constituye aspectos técnicos y socioeconómicos, facilitando el entendimiento de sus redes de abastecimiento de materiales y energía, buscando la eficiencia y eficacia de sus procesos de transformación, así como minimización del daño ambiental de sus desechos. Dentro del desarrollo de la investigación realizada para el presente documento se analiza al departamento de San Andrés y Providencia debido a sus condiciones de generación eléctrica y a su ubicación geográfica. De acuerdo al concepto de metabolismo urbano, el archipiélago se considera como un ecosistema auto sostenible, el cual debe generar con sus propios insumos, los elementos con los cuales pueda satisfacer las necesidades de sus habitantes y a la vez, hacerse cargo de los residuos que generen las actividades de producción que se lleven a cabo en las islas. Además, se deben tener en cuenta las emisiones que se derivan de los procesos que se dan en las actividades diarias del departamento. Este tipo de metodologías sirven para cuantificar los datos de entrada, salida y el almacenamiento de energía, agua, materiales y desechos para una región urbana. Además, por medio del metabolismo urbano se puede entender como es la relación de los elementos naturales que existen en una región con los valores económicos y sociales que están ligados a las actividades que desarrollan sus habitantes. Este sistema también permite identificar los problemas relacionados al crecimiento de las ciudades y de índole ambiental, ya que se reconocen las demandas de los recursos naturales que serán usados como materias primas para los procesos de la ciudad y las descargas de los desechos sobre los recursos naturales, teniendo en cuenta la disponibilidad natural y antrópica de dichos recursos, para que de tal forma no se generen afectaciones inmediatas ni a futuro sobre el medio ambiente. Una situación en particular bajo la cual es empleado el concepto de metabolismo urbano, es en la reconstrucción de regiones luego de eventos catastróficos, ya que se realiza un modelo de oferta y demanda de los recursos para las actividades de la región afectada. “Así pues, el metabolismo urbano se constituye en un concepto útil, flexible, certificado y reconocido por la academia, la industria, la sociedad y el gobierno, que ayuda en el entendimiento de las ciudades y su dinámica, y en la búsqueda de su permanencia en el espacio y el tiempo.”(Julián & Álvarez, 2014). Inmerso en este concepto se tienen dos perspectivas: ecológica y económica. Por medio del enfoque ecológico se pueden evidenciar los flujos de materia y energía que existen dentro de las ciudades y a través del punto de vista económico se puede “determinar y distinguir entre la aproximación material y la apropiación intangible de la naturaleza por parte de los seres humanos (Toledo 2008, 5).” (Julián & Álvarez, 2014).
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Los flujos de materia y energía se constituyen como el gran pilar en la concepción del metabolismo urbano de una región. Por medio del cálculo de estos flujos, se reconoce y se realiza un seguimiento al esfuerzo energético que debe realizar la ciudad para abastecerse de los recursos mínimos que le son necesarios a los habitantes para el desarrollo de sus actividades diarias.
1.6.2 Marco conceptual
Figura 5. Representación del proceso de investigación.
Fuente: los autores. En la Figura 5 se presenta la secuencia llevada para el desarrollo de la investigación realizada en el presente trabajo. Se puede observar que, a partir de la problemática sobre la generación de energía eléctrica en la región de San Andrés, se analizan los nichos de oportunidad y algunos proyectos de referencia con el fin de presentar la conformación de escenarios, los cuales serán evaluados y de esta manera presentar el escenario más óptimo ambientalmente para la generación de energía eléctrica del departamento.
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1.7 METODOLOGÍA
1.7.1 Tipo de estudio
La presente investigación se centra en un estudio de caso para el Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina, en el cual se analizará la generación actual de energía en las islas y las emisiones que se generan. Adicionalmente se contemplará la conformación de unos escenarios utilizando fuentes alternas de generación con energías renovables y así concluir cual es el escenario más factible óptimo y amigable con el medio ambiente.
1.7.2 Fuentes de información
Los documentos utilizados para la elaboración del documento en su mayoría provienen de fuentes secundarias, las cuales recopilan información general de la zona de estudio, informes de gestión de las entidades estatales tales como la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para las zonas no interconectadas (IPSE), Ministerio de Medio Ambiente, Sociedad Productora de Energía de San Andrés y Providencia S.A. E.S.P., Gobernación del Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina y estudios o investigación en temas relacionados y de interés del presente trabajo de grado, en los que se destaca el Banco Interamericano de Desarrollo.
1.8 DISEÑO METODOLÓGICO El diseño metodológico se planteó por medio de fases, con las cuales se pretende llevar a cabo la investigación. Estas se relacionan a continuación: ETAPA I Se indagará información en el documento del Banco Interamericano de Desarrollo sobre la prestación del servicio, la cobertura y las necesidades de la población del archipiélago, con el objetivo de contextualizar y enmarcar la zona de estudio para el desarrollo del documento. Se buscarán y analizarán en el estudio “Integración de las energías renovables en Colombia” de la UPME, los datos actuales y futuros acerca de las necesidades energéticas según los distintos sectores económicos, para establecer la demanda y el consumo energético de las islas. ETAPA II Teniendo en cuenta que el documento de la UPME contiene información sobre el funcionamiento del actual sistema de generación eléctrica y se realizará un acercamiento hacia los niveles de contaminación en el departamento.
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ETAPA III Se realizará una exploración acerca de fuentes alternas de generación de energía eléctrica que se implementan en Brasil, así como también de los proyectos de tecnologías renovables que existen en Colombia y referenciaran algunos ejemplos a nivel mundial, con el fin de evaluar, comparar y analizar cuál es la mejor alternativa para implementar en la zona de estudio. ETAPA IV Se generará la propuesta en relación a la configuración del uso de tecnologías limpias y renovables que mejor se adapte a las necesidades y el consumo energético del departamento, procurando que se refleje un beneficio ambiental para la población.
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2 CARACTERIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
El Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina, es un departamento que esta dividió en tres grandes islas, las cuales se encuentran ubicadas en el mar Caribe colombiano “a unos 720 km del noroeste de la costa colombiana y a 110 kilómetros de la costa nicaragüense”(Geografia,2017). La capital del departamento es la isla de San Andrés y las islas de Providencia y Santa Catalina están catalogadas como un municipio. La Isla de San Andrés posee una extensión de norte a sur correspondiente a 13 km y su longitud de este a oeste es de 3 km, el área que posee la isla es de 27 km². La isla de providencia de Providencia tiene una longitud de 7 km y un ancho de 4 km, su área es de 17 km². Por último, la isla de Santa Catalina tiene aproximadamente 1 km² de extensión.
2.1 SITUACIÓN ACTUAL DEL DEPARTAMENTO Durante los años 2006 y el año 2010 el Ministerio de Minas y Energía, desarrolló un modelo integral sostenible para la prestación del servicio en las zonas no interconectadas (ZNI) (Véase la Figura 6), el plan a seguir se estableció en el documento CONPES 3453 de 2006 y por medio de las resoluciones MME 180069 de 2008, CREG 160 de 2008 y CREG 073 de 2009, se determinó la solución a la problemática energética de la región. Del ejercicio anterior, se obtuvo que “la respuesta a las necesidades es la combinación de diversas fuentes energéticas, orientadas al reemplazo de la mayor cantidad posible de energía producto del uso de combustibles fósiles, minimizando el impacto general en el medio ambiente dentro de un esquema de costos competitivos para la nación.(“Plan de Desarrollo,” n.d.)” Es por esta razón que dentro del Plan de Desarrollo del departamento se gestiona el programa “ENERGÍAS ALTERNATIVAS PARA TODOS”, en donde se impulsan las diversas opciones que sustituyan el uso de energías convencionales por fuentes no convencionales de energías renovables. También se pueden ver en el camino, varios subprogramas que se derivan del principal, enfocándose en campañas de sensibilización y educación sobre energías renovables.
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Figura 6. Ubicación geográfica de las zonas no interconectadas.
Fuente: (Alberto Benavides González Subdirector de Contratos Seguimiento, 2008)
2.2 DEMANDA ENERGÉTICA ACTUAL En el departamento hay 19.183 usuarios, de los cuales el 90% corresponden a la isla de San Andrés y el 10% restante pertenecen a la isla de Providencia. En el
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siguiente grafico se puede apreciar la distribución de los usuarios de acuerdo al estrato y al sector al que pertenecen. Figura 7. Distribución del número de usuarios por estrato y sector 2014.
Fuente:(Afanador, 2016). En la Figura 7se deduce que la mayor cantidad de usuarios del sistema eléctrico en las islas pertenece a usuarios residenciales de los estratos 1, 2 y 3, seguidos de los usuarios comerciales. El consumo energético del departamento se encuentra dividido en cuatro grandes sectores como lo son el oficial, comercial, industrial y residencial. Con la siguiente figura se observa que los sectores con mayor consumo de energía son el comercial y el industrial, a pesar de que estos dos sectores no representan gran número de usuarios, si se evidencia que debido al uso tienen un consumo eléctrico alto.
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Figura 8. Distribución del consumo eléctrico por tipo de usuario 2014.
Fuente: (Afanador, 2016). El comportamiento de los consumos eléctricos se ve marcado por el uso de aparatos que son ineficientes energéticamente, ya que se observa que los usuarios residenciales, sobre todo los estratos menores, tienen un alto consumo de energía eléctrica en el uso de ventiladores, neveras y televisores, mientras que los usuarios de estratos altos muestran un consumo elevado debido al uso de aires acondicionados. Esta práctica también se replica en el sector comercial, donde los hoteles debido a su actividad económica muestran un gran consumo a causa de los aires acondicionados y los aparatos de iluminación.
2.3 COBERTURA DEL SERVICIO La empresa SOPESA S.A. es quien “administra todas las operaciones, incluyendo generación, distribución y comercialización de electricidad en el archipiélago.(Afanador, 2016)” Actualmente la isla de San Andrés posee una potencia instalada de 83,6 MW que corresponden a 18 unidades de generación con diésel. La producción eléctrica al
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año es de 200 GWh aproximadamente. La isla de Providencia posee en total cuatro unidades generadoras que se reparten de la siguiente manera: dos unidades de 0.7 MW y dos de 1.4 MW, para llegar a una capacidad instalada de 4.6 MW. La demanda máxima del sistema de San Andrés es de 31,4 MW y la de Providencia es de 1.8MW. “El Archipiélago cuenta con una cobertura del servicio de energía eléctrica cercana al 100%. La demanda es atendida a través de un sistema de distribución local con dos subestaciones y 16 circuitos. En este sentido, la cobertura no constituye un reto, pero sí la calidad de la energía suministrada.(Afanador, 2016)” Desafortunadamente el servicio de energía eléctrica en el departamento tiene un alto nivel de pérdidas en cuanto a su distribución. A modo de ejemplo, en el año 2010 estas pérdidas se estimaron del orden del 24%. La empresa SOPESA debe prestar especial atención a este tema, ya que el operador del servicio solo estima en sus cálculos de diseño un 12% de pérdidas y que los porcentajes mayores a este los debe asumir la empresa. El hecho de que se presenten este tipo de circunstancias significa en primera instancia, que el operador deberá contemplar una mayor generación de energía eléctrica para suplir la demanda y el exceso de pérdidas que se puedan presentar en un periodo y como segunda medida, se tengan que contemplar unos altos rubros para los subsidios dados por el gobierno para los usuarios de los estratos 1, 2 y 3. El sistema de distribución del Archipiélago está conformado en San Andrés por dos (2) subestaciones denominadas El Bigth, donde también se encuentra el Centro de Control de San Andrés, y School House; mientras que en Providencia existe una Subestación. San Andrés cuenta con trece (13) circuitos de distribución y con una subestación elevadora a la salida de la Planta de Generación de Punta Evans y en Providencia con dos (2) circuitos de distribución (véase Figura 9). En el sistema de distribución de San Andrés y Providencia y Santa Catalina, no existen subestaciones frontera o de conexión, teniendo en cuenta su localización geográfica aislada.
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Figura 9 Representación geográfica de las zonas donde se presta el servicio de energía eléctrica.
Fuente: (Alberto Benavides González Subdirector de Contratos Seguimiento, 2008)
2.4 CONDICIÓN AMBIENTAL DE LAS ISLAS Actualmente se sabe que la actividad económica principal de las islas es el turismo, por ende, San Andrés no cuenta con grandes industrias por tal motivo se creería que los niveles de contaminación del departamento son bajos, sin embargo, para suplir la demanda energética el departamento cuenta con un sistema de generación eléctrica convencional poco amigable con el medio ambiente. “La contaminación ambiental se presenta como la alteración física, química y biológica que un medio o un territorio pueden sufrir por la dinámica que desarrollan medios naturales y/o antrópicos(“PRINCIPAL - IDEAM,” 2014).” El departamento cuenta con variedad de ecosistemas costeros y marinos representativos de la región tropical, los cuales se encuentran actualmente en diversas condiciones que van desde un estado totalmente conservado, en donde no se evidencia la presencia del hombre, hasta los escenarios más degradados, que son los que se han visto afectados por el impacto negativo que generan algunas actividades humanas. Entre una de las intervenciones humanas que más afectan a la condición ambiental de las islas se encuentra la planta de generación con diésel, la cual se tiene registro de emisiones que representan “cerca de 134,000 toneladas de CO2 al
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año(Afanador, 2016)” (teniendo en cuenta un factor de 0,67 kg CO2/kWh y una generación promedio de 200 GWh/año).
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3 CARACTERIZACIÓN DE LA GENERACIÓN ELÉCTRICA EN LAS ISLAS
Debido que el archipiélago de San Andrés se encuentra catalogado como una ZNI, el servicio de energía eléctrica se convierte en un aspecto muy importante y a la vez complicado porque las limitaciones referentes a la generación eléctrica se convierten en un punto neurálgico el cual debe estar presente para ser estudiado. La empresa que administra la prestación de este servicio es SOPESA, quien desde el año 2010 se ha encargado de la generación y distribución de energía eléctrica en las islas. En el departamento actualmente hay dos plantas térmicas para la producción eléctrica, una planta que funciona con la combustión de diésel y otra que usa los residuos sólidos urbanos y una torre de generación eólica.
3.1 GENERACIÓN DE ENERGÍA POR FUENTES CONVENCIONALES
3.1.1 Planta térmica Diesel
Desde el año 2014 la energía eléctrica en San Andrés se obtiene de la planta Punta Evans, la cual funciona con generadores de combustión de diésel. En un principio, la planta estaba compuesta por 16 generadores que sumaban una capacidad instalada de 54.874 MW. Luego en el 2012, SOPESA adquirió dos nuevas unidades de 14,4 MW cada una, lo cual suma un total de 83.674 MW de potencia instalada y una generación eléctrica de 200 GWh/año aproximadamente, reemplazando las unidades viejas y dejando en funcionamiento 10 unidades que actualmente presentan una participación como se muestra en la Tabla 2. Tabla 2. Generación y participación de unidades productoras de energía.
Unidad Generación (kWh/año)
Participación unidad
Man 1 15.704.661 70%
Man 2 123.996.896
Mirrlees 1 34.830.676 19%
Mirrlees 2 2.684.160
GM – EMD (6) 22.565.786 11%
Total 199.782.176 100%
Consumo diésel (galones) 12.417.422
Fuente: (UPME & BID, 2015) “En cuanto a la isla de Providencia, esta posee una capacidad instalada de 4,6 MW distribuidos en cuatro unidades de entre 0,7 MW y 1,4 MW cada una.(Afanador, 2016)”
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3.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA POR FUENTES NO CONVENCIONALES DE ENEGÌA RENOVABLES
3.2.1 Planta térmica RSU
En la actualidad SOPESA cuenta con una planta de incineración de residuos sólidos urbanos que reutiliza los residuos producidos en la isla y los que se disponen en el relleno sanitario Magic Garden. Esta planta cuenta con una capacidad instalada de 1 MW. Este proyecto aún no se encuentra en funcionamiento, pero se espera que se generen 4 GW al año de energía eléctrica para el consumo de la isla. Hasta el momento se tienen adelantados tres estudios preliminares para la operación de la planta, los cuales se listan a continuación: Tabla 3. Estudios preliminares para la operación de la planta térmica RSU.
TIPO EMPRESA FINALIZADO
Estudio de suelos SMA-GEOSUELOS 12 de octubre de 2010
Caracterización Fisicoquímica de residuos generados en la Isla de San Andrés y residuos depositados en el Relleno Sanitario Magic Garden
SINGEP 25 de octubre de 2010
Estudios y monitoreos ambientales línea base en el relleno sanitario Magic Garden (monitoreo de flora y fauna, monitoreo de suelos, monitoreo de calidad de aire, monitoreo de aguas, monitoreo de ruido y estudio socio económico):
CONTROL DE CONTAMINACIÓN
LTDA
31 de octubre de 2010
Fuente: (SOPESA,2017) La planta de RSU está totalmente construida sin embargo como se mencionó anteriormente no se encuentra en funcionamiento por falta de aprobación del plan de manejo ambiental por parte de la Corporación para el Desarrollo Sostenible del Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina – CORALINA, adicional a esto, se le suma que aún no se ha definido quien es el responsable de la operación de esta planta por parte de la gobernación del departamento puesto que en el
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contrato de concesión celebrado el 27 de noviembre del 2009 entre el ministerio de minas y energía y sopesa no está dentro del objeto de sopesa la operación de esta. Figura 10. Diseño y distribución planta RSU.
Fuente: (Sopesa, 2017)
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3.2.2 Parque de generación eólica
Para el segundo proyecto de generación eléctrica de la empresa SOPESA se contempla la construcción de un parque de generación eólico el cual tendrá 7,5 MW de capacidad instalada y contará con aproximadamente cinco aerogeneradores para llegar a una producción de energía eléctrica de 10 GWh al año. Sin embargo, como un adelanto a la construcción del parque eólico y como control para la medición de los vientos presentados en la isla, sopesa cuenta con una torre de medición de vientos, instalada en el sur de la isla en el sector de Bowie Bay, es una torre arriostrada de 60 m la cual se encuentra en servicio desde el 26 de agosto de 2010.
3.1 IMPACTOS DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LAS ISLAS
Es de conocimiento de todos que la generación de energía eléctrica produce diferentes impactos sobre el medio ambiente. Estos efectos, que en la mayoría de los casos son negativos, pueden mitigarse con la implementación de algunos controles, los cuales se determinan durante una evaluación profunda de los estudios de impacto ambiental. San Andrés, Providencia y Santa Catalina se enfrentan a un importante desafío de sostenibilidad como consecuencia de los siguientes aspectos:
- Los elevados costos del servicio eléctrico generado por la quema de combustibles fósiles.
- El crecimiento poblacional y comercial en las islas. - El aumento en la demanda energética del departamento. - Las características de los aparatos eléctricos que son usados en los distintos
sectores del archipiélago. - La falta de conciencia sobre un consumo eficiente de energía. - Los sobre costos de los subsidios que la nación designa a la población del
departamento.
3.1.1 Impactos negativos de la generación de energía eléctrica en las islas
Cuando se habla de los impactos que genera una planta térmica que usa combustibles fósiles para la generación de energía, estos tienen una gran incidencia sobre el medio ambiente, ya que los principales efectos negativos que son usualmente asociados a las plantas térmicas comprenden las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmosfera, contaminación de ecosistemas acuáticos, manejo de residuos sólidos y materiales peligrosos y la contaminación acústica.
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A continuación, a modo de tabla se realizará una descripción corta de los efectos nombrados anteriormente: Tabla 4 Descripción de impactos de una planta térmica diésel
Tipo de impacto Descripción
EMISIONES A LA ATMOSFERA
Las principales emisiones atmosféricas generadas por la combustión de combustibles fósiles (o biomasa) corresponden a dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx), material particulado (MP), monóxido de carbono (CO) y gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono (CO2). Cabe señalar que el dióxido de azufre y el óxido de nitrógeno son precursores de lluvia ácida.
CONSUMO DE AGUA Y ALTERACIÓN DEL HÁBITAT ACUÁTICO
Las centrales termoeléctricas con sistemas de refrigeración abiertos (sin recirculación) exigen el manejo de grandes volúmenes de agua, las que principalmente son captadas desde cuerpos de aguas marinos. Posteriormente, luego de su uso, las aguas son retornadas al mismo cuerpo de agua, pero en un punto distinto a la captación y a una mayor temperatura. En el caso de captaciones de agua de mar puede ocurrir que la succión involucre el arrastre de organismos acuáticos, generalmente de tamaño pequeño (plancton, larvas, huevos, microalgas, etc.), hacia el interior del sistema de refrigeración, los cuales pueden resultar muertos o heridos debido al calor, el estrés físico o por los productos químicos utilizados para limpiar dicho sistema, fenómeno conocido en la literatura como arrastre por succión o “entrainment”. En tanto, los organismos más grandes pueden ser muertos o heridos cuando son atrapados contra los filtros de malla o rejillas de las estructuras de succión, fenómeno conocido como colisión o “impingement”. Ambos efectos pueden impactar significativamente a individuos, poblaciones y comunidades acuáticas, así como también a las comunidades humanas que subsisten sobre la base de la recolección de dichos recursos, si no se toman medidas de mitigación adecuadas.
RESIDUOS LÍQUIDOS
Las descargas térmicas corresponden al vertimiento del agua utilizada para el enfriamiento de los equipos, a una temperatura mayor a la del cuerpo de agua receptor, debido a lo cual, dependiendo de la hidrodinámica de éste, son capaces de generar plumas de aguas cálidas en la zona aledaña a la descarga. Los impactos biológicos más significativos, tanto en el fondo marino, como en la columna de agua, tienden a circunscribirse en un radio cercano a los puntos de descarga (cientos de metros aproximadamente), sin embargo, en casos extremos, los cambios en las estructuras comunitarias pueden abarcar un área mayor. Los organismos acuáticos que crecen adheridos, agarrados o arraigados en su sustrato (organismos sésiles), tales como pastos marinos y ciertas especies de invertebrados bentónicos que habitan el fondo marino, son los más afectados por las plumas térmicas. Además, algunas especies oportunistas, que tienen mayor capacidad de adaptación, generalmente predominan y reemplazan a las comunidades originales. Por su parte, las descargas de aguas residuales tienen una composición química diversa, dependiendo del combustible utilizado para la generación eléctrica, así como también de la etapa del proceso. A continuación, se detallan los principales procesos que generan
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residuos industriales líquidos: purgas de calderas, desmineralización de aguas que ingresan a las calderas, purgas del sistema de sulfuración de gases de combustión, escorrentías de las pilas de carbón, aguas residuales asociadas a las cenizas, aguas residuales asociadas a la limpieza de equipos, agua utilizada para el enfriamiento de los condensadores, alcantarillado y sumideros, purgas de las torres de refrigeración.
RESIDUOS SÓLIDOS
Las plantas de energía térmica de combustión de carbón y biomasa son las que generan más cantidad de residuos sólidos debido al porcentaje relativamente elevado de cenizas presentes en estos combustibles. De este modo, el principal impacto asociado a la generación de cenizas y yeso es el volumen resultante, para lo cual se requiere habilitar sitios para su disposición final. Por su parte, las centrales que utilizan diésel y gas para la combustión, prácticamente, no generan este tipo de residuos sólidos, independientemente de la tecnología empleada.
SUSTANCIAS Y RESIDUOS PELIGROSOS
Toda central termoeléctrica, independientemente del combustible utilizado y de la tecnología implementada, considera el manejo y almacenamiento de sustancias peligrosas, así como también la generación de residuos peligrosos asociados, tales como aceites de recambio, grasas, materiales de mantención (impregnados con aceites y grasas), solventes usados, baterías, pinturas, entre otros. Estas sustancias y residuos pueden generar un efecto sobre la salud, por lo cual su manejo, almacenamiento y disposición final deben cumplir con la normativa aplicable (D.S. N° 148/2003 y D.S. N° 78/2009, ambos del Ministerio de Salud).
RUIDO
Entre las principales fuentes de ruido en las plantas de energía térmica se encuentran los siguientes equipos:
- Las bombas, los compresores y los condensadores. - Los ventiladores, sopladores y las conducciones. - Los generadores eléctricos, motores y transformadores. - Las turbinas y sus elementos auxiliares. - Las calderas, los precipitadores electroestáticos y filtros de
manga, por golpeo o vibración. - Los elementos auxiliares como los pulverizadores de carbón. - Las torres de refrigeración.
Fuente: (SMA, 2014)
3.1.2 Ventajas del sistema de producción de energía eléctrica en el departamento
Analizando desde el punto de vista de producción, una planta térmica de
combustión posee una serie de ventajas que las hace mucho más eficientes frente
a otro tipo de generación de energía eléctrica, algunas características de una
planta de este tipo son:
• Mayor eficiencia térmica.
• Menores costos y tiempos de instalación.
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• Construcción de tipo modular.
• Menor requerimiento de espacio.
• Capacidad de utilizar variedad de combustibles.
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4 EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO POR FUENTE DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
En la actualidad, los gobiernos se ven enfrentados a un importante desafío hablando en términos de generación de energía, ya que deben procurar alcanzar un equilibrio entre dos aspectos importantes, por un lado, se encuentran las consideraciones sobre la reglamentación y regulación energética y, por otra parte, se tiene en cuenta el daño ambiental que se deriva de las diversas fuentes de producción de energía. “Toda tecnología usada para generar electricidad tiene sus impactos ambientales asociados. Por ejemplo, las centrales carboeléctricas requieren la extracción, transporte y almacenamiento de cantidades masivas de carbón. Estas centrales liberan SO2, NOx, mercurio y otros contaminantes a la atmósfera cuando se quema el carbón. Las cenizas de fondo, las cenizas volantes y otros residuos sólidos se acumulan en la central, lo que requiere su manejo y desecho. Las plantas hidroeléctricas grandes pueden requerir la construcción de presas e inundación de grandes extensiones de tierra, lo que ocasiona el desplazamiento de comunidades enteras, la destrucción del curso de ríos naturales, la irrupción del hábitat de la vida silvestre y la liberación de metales tóxicos como el mercurio del suelo inundado. Las turbinas eólicas pueden generar algo de ruido y, si no están bien ubicadas, pueden ser peligrosas para aves en vuelo y tener un impacto visual en el paisaje. Éstas son sólo algunas de las preocupaciones ambientales derivadas de la generación de electricidad.” Todas las acciones que realiza el hombre están ligadas a una serie de emisiones que provienen de los distintos procesos que este ejecute, en cierta proporción es debido a esta razón que en las últimas décadas se ha venido estudiando y realizando proyectos que se comporten de manera amigable con el medio ambiente, procurando un futuro para las siguientes generaciones. Adicionalmente se debe tener en cuenta que las emisiones originadas en la generación de energía eléctrica, dependiendo cual sea la fuente se divide en: directas e indirectas. “Las emisiones directas son aquellas emitidas desde fuentes que son controladas o que son propiedad de la empresa. las emisiones indirectas son aquellas que son consecuencias de las actividades de la empresa, pero que son emitidas desde fuentes que no son controladas o que no son propiedad de la empresa.” (“Inventario de Emisiones GEI - Límites Operacionales,” n.d.).
4.1 EMISIONES PRODUCIDOS POR LA PLANTA TÉRMICA DIESEL De los contaminantes primarios que son producidos por plantas eléctricas que usan combustibles fósiles como insumo principal y de los cuales se adquiere cierta preocupación se tienen el dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2), el óxido de nitrógeno (NOx) y mercurio (Hg).
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Emisiones de dióxido de carbono: este es el gas de efecto invernadero que se emite en mayor proporción por actividades humanas. Asimismo, existen otros gases diferentes al CO2 los cuales son emitidos a la atmosfera directamente por actividades humanas, entre ellos se encuentran “el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O) y un grupo de gases industriales que incluye los perfluorocarbonos (PFC), los hidrofluorocarbonos (HFC) y el hexafluoruro de azufre (SF6).” (Miller & Van Atten, 2004). Los gases de efecto invernadero almacenan la energía de la luz infrarroja que absorben en la atmosfera, lo cual hace que se caliente el planeta de manera significativa. Este ambiente forma una serie de condiciones adecuadas para creación de la vida. Cuando se exceden los límites de este calor acumulado en la atmosfera se presenta un cambio brusco de temperatura promedio del planeta. “Este cambio puede afectar los patrones climáticos globales, lo que puede ocasionar la elevación de los niveles del mar, la destrucción de hábitats de animales y plantas, tormentas más frecuentes y severas, derretimiento de los glaciares y sequías.” (Miller & Van Atten, 2004) De acuerdo al estudio de las “Emisiones atmosféricas de las centrales eléctricas en América de Norte”, se tiene que para las plantas eléctricas que emplean combustibles fósiles ubicadas en Canadá, Estados Unidos y México, del total de sus emisiones a la atmosfera, el 23%, 39% y 30% respectivamente, corresponden a emisiones nacionales de CO2, lo que indica que estas centrales eléctricas se convierten en una gran fuente de contaminación en sus territorios. Tomando como referente el documento nombrado anteriormente, en el presentan una serie de cuadros con las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas de Estados Unidos y Canadá, en donde listan más de 600 centrales eléctricas y realizan el reporte de las toneladas de CO2 que son emitidas de acuerdo a la cantidad de MWh que son generados al año, teniendo en cuenta los combustibles primarios que son empleados para la producción eléctrica como lo son el carbón, el petróleo y el gas natural. En esta tabla se puede apreciar que las plantas térmicas que usan carbón son las que presentan mayores índices de emisiones de CO2, en segundo lugar, se encuentran las plantas que emplean petróleo y en último lugar, las que utilizan el gas natural como insumo primario. A continuación, se muestra un aparte de la tabla antes mencionada para visualizar los datos obtenidos del estudio de emisiones (véase Tabla 5):
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Tabla 5 .Emisiones de CO2 de centrales eléctricas de Estados Unidos, según volumen anual.
Central, Estado Generación de electricidad,
MWh
Emisiones de CO2 toneladas
Índice de emisiones de CO2 kg/MWh
Combustible primario
Bowen, Georgia 21.674.542 19.968.520 921 Carbón
Rockport, Indiana 16.643.319 15.274.755 918 Carbón
Martin, Florida 12.834.607 7.413.132 578 Gas natural
Northport, Nueva York
7.278.114 5.193.350 714 Petróleo
Canal Station, Massachusetts
4.602.939 3.691.411 802 Petróleo
Lansing Smith, Florida
4.020.641 2.726.898 678 Gas natural
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004) Otro punto importante que se infiere del cuadro de emisiones involucra la relación que tienen las toneladas de CO2 que son emitidas al medio ambiente respecto a los MWh que son producidos en cada central eléctrica y su combustible primario ya que, para las plantas generadoras a base de carbón, las toneladas de CO2 son casi equivalentes a la generación de electricidad como se indica en la tabla para la central de Bowen en el estado de Georgia, mientras que para la planta térmica de petróleo del estado de Massachusetts se presentan una emisiones menores pero relativamente significativas a la generación eléctrica. Y, por último, se observa que las plantas eléctricas de gas natural poseen emisiones cerca del 50% del total de su producción energética anual, exponiéndolas como las alternativas de generación eléctrica con fuente convencional más amigable con el ambiente. Con la siguiente figura se puede apreciar como es el comportamiento de los índices de emisiones de las centrales eléctricas listadas en el cuadro anterior.
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Figura 11 Índices de emisiones por centrales eléctricas en Estados Unidos
Fuente: los autores. Emisiones de dióxido de azufre: es un gas que consiste en un átomo de azufre y dos de oxígeno, es incoloro, irritante, tiene un olor penetrante que se comienza a percibir con 0,3 a 1,4 ppm. Este gas no es inflamable, ni explosivo, tiene mucha estabilidad, en agua se disuelve formando una disolución ácida, razón por la cual se dice que es el responsable de la lluvia ácida que se puede presentar en los ecosistemas del planeta. Su vida media en la atmósfera es de aproximadamente de 2 a 4 días. Como principal fuente de emisión de dióxido de azufre a la atmósfera se encuentran la combustión de productos derivados del petróleo y la quema de minerales como el carbón de baja calidad en las centrales eléctricas. Existen también algunas fuentes naturales, como es el caso de los volcanes. La emisión de este gas es el contaminante primario emitido en mayor cantidad después del monóxido de carbono (CO). La exposición a sulfatos como a los ácidos derivados del dióxido de azufre, implican graves riesgos para la salud humana, ya que éstos llegan al sistema circulatorio por medio de las vías respiratorias. La naturaleza también se ve afectada por este gas, debido que produce alteraciones en la morfología y fisiología de las plantas, la afectación que sufren las plantas se puede ver reflejado en la aparición de manchas de diferente color en ambas caras de las hojas que varían de acuerdo a la especie de planta y la concentración de dióxido de azufre a la que este expuesta. Los suelos y los cursos de agua también sufren un deterioro debido a las emisiones de dióxido de azufre.
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En la tabla que se muestra a continuación se pueden observar los índices de emisiones de SO2 para las centrales eléctricas que se vienen tomando como referencia. Tabla 6. Emisiones de SO2 de centrales eléctricas de EU, según volumen anual.
Central, Estado Generación de electricidad,
MWh
Emisiones de SO2 toneladas
Índice de emisiones de SO2 kg/MWh
Combustible primario
Bowen, Georgia 21.674.542 145.763 6,73 Carbón
Rockport, Indiana 16.643.319 48.259 2,90 Carbón
Martin, Florida 12.834.607 13.890 1,08 Gas natural
Northport, Nueva York
7.278.114 21.932 3,01 Petróleo
Canal Station, Massachusetts
4.602.939 19.971 4,34 Petróleo
Lansing Smith, Florida
4.020.641 10.673 2,65 Gas natural
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004) Como se puede apreciar, existen variaciones en cuanto a las emisiones de dióxido de azufre contra la cantidad de energía producida y el combustible usado por cada planta térmica. Un aspecto que influye significativamente sobre este índice es el empleo de controles de contaminación después de la combustión, esto es posible mediante la instalación de sistemas depuradores los cuales alcanzan una eficiencia de reducción de emisiones cerca del 90%. Por ejemplo, las plantas de Bowen y Rockport usan el mismo combustible primario para su generación eléctrica, pero presentan índices de emisiones de SO2 muy diferentes, es decir que la planta de Bowen no realiza ningún control sobre sus emisiones de dióxido de azufre, razón por la cual esta central eléctrica tiene el mayor índice de emisión que las demás centrales indicadas en la tabla. Una vez más, la producción de energía por medio de la quema de gas natural es la opción que manifiesta menores índices de emisión. Emisiones de óxidos de nitrógeno: al conjunto del óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) se le conoce como óxidos de nitrógeno (NOx), los cuales se originan en la quema de combustibles fósiles y su paso a la atmosfera. La cantidad de nitrógeno presente en el combustible a quemar, el aire excedente que queda cargado con rastros de nitrógeno, la temperatura de combustión del aire y los controles de retención de óxidos de nitrógeno después de la combustión son los factores que determinan la contaminación que se genera por este elemento.
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Tabla 7 Emisiones de NOx de centrales eléctricas de EU, según volumen anual
Central, Estado Generación de electricidad,
MWh
Emisiones de NOx toneladas
Índice de emisiones de NOx kg/MWh
Combustible primario
Bowen, Georgia 21.674.542 33.839 1,6 Carbón
Rockport, Indiana 16.643.319 31.065 1,9 Carbón
Martin, Florida 12.834.607 6.637 0,5 Gas natural
Northport, Nueva York
7.278.114 6.237 0,9 Petróleo
Canal Station, Massachusetts
4.602.939 5.079 1,1 Petróleo
Lansing Smith, Florida
4.020.641 4.283 1,1 Gas natural
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004) Como se mencionó en el párrafo anterior, los índices de emisiones de estos óxidos de nitrógeno varían de acuerdo a los niveles de los sistemas de control que se implementen en una planta térmica. Una de las tecnologías que se han desarrollado en este campo es la reducción catalítica selectiva, que consiste en disminuir la cantidad de este contaminante durante la quema de los combustibles primarios. En esta ocasión, la central del estado de Indiana es la que expone el mayor índice de emisión de las plantas listadas en la Tabla 7. Por otro lado, si se analizan las plantas térmicas de Florida, las cuales usan gas natural, podemos inferir que la planta Lansing Smith no realiza ningún control sobre sus emisiones de NOx debido que su índice de emisión es el doble respecto de la planta Martin. Cabe resaltar que los índices de emisiones no están ligados a la cantidad de MWh que produce una central eléctrica, ya que, observando la casilla de generación de electricidad de ambas centrales, en Lansing Smith se produce aproximadamente la tercera parte de energía que produce la central Martin. Los principales efectos que tienen los óxidos de nitrógeno sobre el medio ambiente son:
- Al pasar a la atmósfera, reaccionan con sustancias que se encuentran presentes en el aire y se degradan.
- Al estar presente el dióxido de nitrógeno dentro de estos óxidos, este se combina con sustancias químicas producidas por la luz solar y se transforma en ácido nítrico, lo que lleva a formación de la lluvia ácida. Otra de las reacciones de este elemento es la producción de ozono y smog en el aire.
Emisiones de mercurio: este elemento se puede encontrar en combustibles fósiles y también en materiales de desecho de cualquier origen. Debido que tiene una alta volatilidad y la temperatura que alcanza durante la combustión, el mercurio es liberado después de la combustión como contaminante traza. “El mercurio está presente como impureza natural en el carbón y las concentraciones varían sustancialmente entre tipos de carbón e incluso dentro del
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mismo tipo de carbón. En el cuadro se presentan las concentraciones de mercurio medidas durante un estudio nacional coordinado por la EPA de Estados Unidos en 1999.” (Miller & Van Atten, 2004). Tabla 8 Contenido de mercurio por tipo de carbón
Tipo de carbón Contenido promedio de mercurio Intervalo de concentraciones
medidas de mercurio
Bituminoso 3,69 kg/petaJoule
(8,59 lb/billón de Btu) 0,02 - 44,63 kg/petaJoule (0,04 -
103,81 lb/billón de Btu)
Sub-bituminoso 2,47 kg/petaJoule
(5,74 lb/billón de Btu) 0,17 - 30,56 kg/petaJoule
(0,39 - 71,08 lb/billón de Btu)
Lignito 4,53 kg/petaJoule
(10,54 lb/billón de Btu) 0,40 - 32,27 kg/petaJoule (0,93 -
5,06 lb/billón de Btu)
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004) Tabla 9 Emisiones de mercurio de centrales eléctricas de EU, según volumen anual
Central, Estado Generación de electricidad,
MWh
Emisiones de NOx toneladas
Índice de emisiones de NOx kg/MWh
Combustible primario
Bowen, Georgia 21.674.542 339 0,016 Carbón
Rockport, Indiana 16.643.319 467 0,028 Carbón
Martin, Florida 12.834.607 No reporta No reporta Gas natural
Northport, Nueva York
7.278.114 No reporta No reporta Petróleo
Canal Station, Massachusetts
4.602.939 No reporta No reporta Petróleo
Lansing Smith, Florida
4.020.641 51 0,013 Gas natural
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004) De acuerdo a la Tabla 9, los índices de emisiones de mercurio se ven afectados por los controles y sistemas de depuración que se realizan después de la quema de combustibles fósiles a elementos como el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno, ya que por medio de estos procesos se reduce en un gran porcentaje la emisión de mercurio a la atmosfera. De igual manera, el monitoreo de las emisiones de este elemento se encuentra aproximadamente entre el 0% y el 98%, teniendo en cuenta las características de cada central eléctrica y el combustible primario que en ellas se emplee para la generación de energía eléctrica.
4.2 EMISIONES PRODUCIDOS POR LA PLANTA TÉRMICA RSU Actualmente a nivel mundial se vienen implementando plantas térmicas de residuos sólidos urbanos, el caso más conocido corresponde a la central de Amagerforbrænding que es una planta de residuos ubicada en Copenhague (Dinamarca), esta no oculta sus procesos industriales por lo que transforma el humo
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que emite en un anillo gigante para cada 250 kg de CO2 que produce, esto con el fin de concientizar a los ciudadanos de lo que supone la contaminación. Esta nueva planta se puso en marcha en el 2016 y procesa alrededor de 435.000 toneladas de desechos por año, generando así energía suficiente para abastecer a 140.000 hogares. En países como España las plantas incineradoras son clasificadas como plantas de valorización energética de residuos, sin embargo, estudios demuestran que la implementación de estas plantas no es amigable con el cambio climático, puesto que contaminan gravemente aire, suelo y agua con decenas de sustancias toxicas y peligrosas. A lo anterior se le suma que las emisiones producidas por el uso de estas generan y contribuyen al incremento de los gases de efecto invernadero y por tanto al calentamiento global. En la operación las plantas de RSU se emiten de manera excesiva compuestos que no tienen límites tolerables y/ recomendables como es el caso de las dioxinas y furanos las cuales están incluidas en el Convenio de Estocolmo como sustancias prioritarias a elimina. Para la reducción de las emisiones ocasionadas por las plantas de residuos sólidos urbanos se puede implementar técnicas de:
• Prevención: Conlleva a la reducción en los residuos que se producen.
• Separación selectiva: facilita la adaptación técnica de tratamiento diferenciadas según el tipo de residuo.
• Reutilización: prolonga así la vida útil de los productos.
• Reciclaje: minimiza la extracción, producción y transporte de nuevos productos si estos acabasen en un relleno sanitario o incinerados en la PRSU
Si de manera organizada y rigurosa se llevan a la práctica las técnicas anteriormente mencionadas, las emisiones ocasionadas por la quema de RSU se minimizarían, logrando prácticamente emisiones de cero, reduciendo también la cantidad de residuos y las emisiones toxicas. Estudios revelan que por la generación de un 1KWh por medio de una planta de RSU se emite 1355 gramos de CO2 (véase la Figura 12), un valor muy alto comparado con una planta de carbón o petróleo, “llegando a ser hasta un tercio más contaminante que las centrales térmicas que funcionan con gas.” (Greenpeace, 2009).
57
Figura 12. Emisiones de dióxido de carbono por tipo de central eléctrica por kilovatio-hora de energía generada.
Fuente: (Greenpeace, 2009) Al CO2 emitido por la incineración de residuos se le suma la emisión de óxido de nitrógeno y otras sustancias (véase la Tabla 10). Tabla 10. Principales sustancias emitidas por las incineradoras de RSU, umbrales de emisión y efectos sobre la salud y el medio ambiente.
SUSTANCIA UMBRALES PRINCIPALES EFECTOS
CO2 DIÓXIDO DE CARBONO
A la atmósfera: 100.000.000 kg/año
El CO2 es el principal gas de efecto invernadero (GEI). Debido a la actividad antropogénica sus emisiones han aumentado un 80% entre 1970 y el 2004 y representan el 77% de los GEI derivados de la actividad humana. El cambio climático, el reto más importante al que se enfrenta la humanidad, es la principal consecuencia de la emisión descontrolada de este gas.
1355
1020
758
515
00
200
400
600
800
1000
1200
1400
RSU Carbón Petróleo Gas Natural Solar/Eólica
g C
O2
po
r K
Wh
Tipo de Central
EMISIONES DE CO2 POR TIPO DE CENTRAL
58
SUSTANCIA UMBRALES PRINCIPALES EFECTOS
NOX ÓXIDOS DE NITRÓGENO
A la atmósfera: 100.000 kg/año
Además de muchos efectos ligeros derivados de la baja exposición a óxidos de nitrógeno, respirar altos niveles de estos gases puede rápidamente producir quemaduras, espasmos y dilatación de los tejidos en la garganta y las vías respiratorias superiores, reduciendo la oxigenación de los tejidos del cuerpo, produciendo acumulación de líquido en los pulmones y la muerte. La exposición de animales gestantes a los óxidos de nitrógeno ha producido efectos tóxicos en los fetos. Los óxidos de nitrógeno también han producido alteraciones en el material genético de células de animales.
MECURIO Y COMPUESTOS
A la atmósfera: 10 kg/año Al agua: 1 kg/año Al suelo 1 kg/año
Se trata de un metal pesado, no esencial, extremadamente tóxico y sin ninguna función nutricional o bioquímica. Es el único metal que se bioacumula y tiene una baja capacidad para degradarse en el medio ambiente. El cloruro mercúrico y el metilmercurio son “posibles carcinógenos humanos”. La exposición al metilmercurio provoca daños permanentes en el sistema nervioso central, en las funciones del cerebro, riñones y en el desarrollo del feto. El mercurio puede dañar el material genético, tener efectos negativos sobre la reproducción y provocar defectos congénitos y abortos. Las concentraciones de mercurio en el medio ambiente están creciendo debido a la actividad humana.
CLORO Y COMPUESTOS INORGÁNICOS, COMO HCI
A la atmósfera: 10.000 kg/año
El cloro-gas provoca irritaciones en el sistema respiratorio y en los ojos a bajas concentraciones (entre 1 y 15 ppm), dolor en el pecho, vómitos, alteraciones del ritmo respiratorio y tos (a 30 ppm), neumonía tóxica y edema pulmonar (entre 40 y 60 ppm), pudiendo incluso provocar la muerte después de 30 minutos de exposición a 430 ppm y casi inmediata a una exposición de 1.000 ppm. La exposición crónica a compuestos clorados puede provocar afecciones en el sistema reproductor y cáncer.
59
SUSTANCIA UMBRALES PRINCIPALES EFECTOS
DIOXINAS Y FURANOS (PCDD+PCDF)
A la atmósfera: 0,0001 kg/año Al agua: 0,0001 kg/año Al suelo 0,0001 kg/año
Las dioxinas se han caracterizado como uno de los tóxicos químicos "artificiales” más potentes jamás estudiados. No existen niveles seguros de emisión para las dioxinas y además de tóxicas son persistentes y bioacumulativas. Las dioxinas son carcinogénicas y pueden afectar el sistema inmune, el sistema reproductor y alterar el desarrollo de niños y niñas ya que son disruptores hormonales. Las dioxinas son subproductos no intencionados de la actividad humana y no existen naturalmente en el medio ambiente.
Cd (CADMIO Y COMPUESTOS)
A la atmósfera: 10 kg/año Al agua: 5 kg/año Al suelo 5 kg/año
El cadmio no se degrada en el medio ambiente, pero puede cambiar de forma. El cadmio permanece en el organismo por largo tiempo y es bioacumulativo. El cadmio y su compuesto son carcinogénicos. La exposición a cadmio también puede provocar graves lesiones en los pulmones, acumularse en los riñones. Puede provocar enfermedades renales, hepáticas y lesiones en el sistema nervioso.
Cr (CROMO Y COMPUESTOS)
A la atmósfera: 100 kg/año Al agua: 50 kg/año Al suelo 50kg/año
El cromo entra al aire, agua y suelo principalmente en las formas de cromo (III) y (VI). El cromo (VI) es carcinogénico en humanos. Además, el efecto principal que se observa en animales que ingieren compuestos de cromo (VI) son irritación y úlceras en el estómago y el intestino delgado y anemia. En animales de laboratorio expuestos al cromo (VI) también se han observado daño de los espermatozoides y del sistema reproductivo de macho. El cromo (VI), o hexavalente, raramente aparece de forma natural en el medio ambiente, pues se produce generalmente en procesos industriales.
As (ARSÉNICO Y COMPUESTOS)
A la atmósfera: 20 kg/año Al agua: 5 kg/año Al suelo 5 kg/año
El arsénico no se destruye en el medio ambiente, sólo puede cambiar de forma. Debido a sus características químicas permanece en los sedimentos, aunque se hagan labores de limpieza. El arsénico inorgánico puede aumentar el riesgo de cáncer de pulmón, piel, vejiga,
60
SUSTANCIA UMBRALES PRINCIPALES EFECTOS
hígado, riñón y próstata. El cromo (VI) es carcinogénico en seres humanos.
Pb (PLOMO Y COMPUESTOS)
A la atmósfera: 200 kg/año Al agua: 20 kg/año Al suelo 20 kg/año
El plomo se acumula en los cuerpos de los organismos acuáticos y del suelo, pudiendo provocar envenenamiento. Al acumularse en los organismos entra en la cadena trófica. El acetato de plomo y el fosfato de plomo son carcinogénicos. La exposición al plomo es más peligrosa para niños pequeño y fetos. La exposición al plomo también puede dañar el sistema nervioso, los riñones, el sistema reproductor y provocar problemas de desarrollo en niños y niñas. El plomo se encuentra de forma natural en el medio, pero las mayores concentraciones ambientales encontradas son consecuencia de la actividad humana.
Cu (COBRE Y COMPUESTOS)
A la atmósfera: 100 kg/año Al agua: 50 kg/año Al suelo 50 kg/año
El cobre liberado al ambiente generalmente se adhiere a partículas de materia orgánica, arcilla, tierra o arena, no se degradando en el medio ambiente. Aunque el cobre es esencial para la salud, en altos niveles puede ser dañino. La ingestión de cantidades muy altas de cobre puede dañar el hígado y los riñones y incluso causar la muerte.
Ni (NIQUEL Y COMPUESTOS)
A la atmósfera: 50 kg/año Al agua: 20 kg/año Al suelo 20 kg/año
La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) ha determinado que algunos compuestos de níquel son carcinogénicos en seres humanos y que el níquel metálico es posiblemente carcinogénico en seres humanos.
Fuente:(Greenpeace, 2009)
4.3 EMISIONES PRODUCIDAS POR LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA Y ENERGÌA EÓLICA
De acuerdo a la necesidad que tiene el mundo actual de contribuir a la reducción de las emisiones de gases de efecto de invernadero se ha considerado el uso de fuentes de energía renovable entre las que se destacan la energía solar y la energía
61
eólica, las cuales evidencian mayores estudios e implementación en países de Europa tales como Alemania, España, Suecia, entre otros.
4.3.1 Energía solar fotovoltaica
La generación de energía eléctrica aprovechando los recursos naturales como lo es la radiación electromagnética procedente del sol o comúnmente llamada energía solar, es considerada como unas de las energías más limpias y verdes, que en la actualidad contribuye para la mitigación del cambio climático causado por los gases de efecto invernadero y evitando el agotamiento de las fuentes de combustibles fósiles, principales productores de energía en la actualidad. El proceso de generación de electricidad por medio de energía solar no produce emisiones de ningún tipo, pero en la elaboración de un panel solar si se presentan emisiones, por ejemplo, durante los procesos de fabricación, transporte, instalación, mantenimiento, desinstalación y gestión como residuo si se emiten cierto tipo de sustancias, el factor de emisión esta por el orden de 50 kg CO2e/MWh la cual no tienen mayor representación y afectación. Para la disposición y gestión de los residuos generados por las celdas fotovoltaicas, se asume que con una buena gestión ambiental los impactos ambientales asociados son moderados. En la Tabla 11 se presenta lo toxicidad de los materiales empleados para la elaboración de las celdas fotovoltaicas según su tipo. Tabla 11 Toxicidad generada por los materiales que componen las celdas solares según el tipo. TIPO DE CELDA MATERIAL TOXICIDAD
Sílice cristalino
Triclorosilano (SiHCl3)
Moderadamente tóxico en caso de ingestión o inhalación
Phosphorous oxycloride (P0CL3)
Tóxico luego de inhalación o ingestión
Ácido Clorhídrico Acido corrosivo
Sílice amorfo
Sílano (SiH4) Medianamente tóxico en caso de inhalación
Fosfina (PH3) Muy tóxico
Diborano (B2H6) Extremadamente tóxico
CdTe Cadmio Metal pesado tóxico y sospechoso de ser cancerígeno
CIS Hydrogen selenide
(SeH2) Extremadamente tóxico
Fuente: (“Los impactos ambientales de las energías renovables | Eco2site,” n.d.) Adicionalmente se destaca que uno de los problemas que demanda la implementación de paneles solares o parques de energía solar, es el área puesto que demanda una gran extensión y en algunos casos se afectan zonas de cultivos. Puesto que dependiendo el tamaño de este pueden provocar una degradación del
62
suelo y perdidas de hábitats. “En una instalación de solar fotovoltaica, las necesidades son de 2 ha/MW instalado en el caso de paneles solares policristalinos y de 5 ha/MW para paneles sin capa fina”, (“Impacto medioambiental de la energía solar,” n.d.).
4.3.2 Energía eólica
Al igual que la energía solar se considera a la energía eólica como una de las alternativas para la producción de energía eléctrica más amigable con el medio ambiente contribuyendo a la no emisión de gases de efecto invernadero a la atmosfera, siendo estos los principales causantes del cambio climático. La producción de energía eléctrica aprovechando la energía cinética del viento la cual es transformada por los aerogeneradores y transportada por las redes de media tensión a la subestación eléctrica, no se producen emisiones de ningún tipo, es por eso que se considera como una energía verde y rentable, convirtiéndola como una gran alternativa de sustitución a las fuentes convencionales de generación de energía eléctrica. Sin embargo, la implementación de este tipo de alternativas tiene una variedad de impactos medioambientales asociados entre ellos se destacan el impacto sobre el uso del suelo para sus instalaciones, sobre la fauna, los hábitats naturales, impactos visuales, acústicos. Es importe mencionar que en el ciclo de vida (elaboración) de un aerogenerador se producen emisiones en su fabricación, transporte de materiales, construcción y desinstalación la cual presenta un factor de emisión del orden de 15kg CO2e/MWh.
4.4 EMISIONES PRODUCIDAS POR LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA MAREOMOTRIZ
Por medio de los océanos podemos obtener energía eléctrica de una manera renovable. A pesar de que no se han desarrollado múltiples tecnologías en este campo, la energía mareomotriz se muestra como una fuente de energía ilimitada. Así como sucede con las demás fuentes no convencionales de generación eléctrica, las plantas donde se utiliza la energía de las corrientes marinas no provocan emisiones durante la producción de electricidad, pero sí se contemplan las emisiones que se originan durante el ciclo de vida de una planta de este tipo, que va desde la obtención de las materias primas para la fabricación de la maquinaria, su transporte hasta la localización de la planta, la construcción de las instalaciones y su posterior disposición a los vertederos de las ciudades. También se deben considerar los impactos que sufre el medio ambiente, ya que el principal afectado de este aspecto es el entorno marino en el que se instala una
63
planta de aprovechamiento marino. Esta situación varía de acuerdo a la localización geográfica en donde se sitúe una planta de energía mareomotriz. Existen además otras afectaciones que se pueden dar debido a estos sistemas como por ejemplo el ruido que generan las turbinas, aunque este aspecto fácilmente se puede solucionar con la insonorización de las turbinas. Otra afectación que se presenta es debido a la conversión y transmisión de la energía, que de acuerdo a la morfología del terreno puede requerir ciertas infraestructuras y adecuaciones para las líneas de transmisión de la electricidad desde la costa hasta la red de distribución.
64
5 ESCENARIOS PARA LA PRODUCCIÓN LIMPIA DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Para el desarrollo de este capítulo, se pretenden plantear tres escenarios en donde se describen las propuestas para la generación energética del departamento y que a su vez, se involucre el uso de las fuentes no convencionales para la producción de energía eléctrica que se han nombrado y explicado en los anteriores numerales, con el fin de exponer a través de una matriz DOFA los elementos que componen cada escenario a evaluar y escoger la mejor propuesta para el departamento, teniendo en cuenta y poniendo en primera instancia el cuidado del medio ambiente. Se toma como referencia para la evaluación de estos tres escenarios, los niveles de ambición que se establecen en la aplicación web llamada Calculadora de Carbono 2050, la cual “es una herramienta de planeación y toma de decisiones que proyecta diferentes escenarios de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), o sea los causantes del cambio climático, teniendo en cuenta los diferentes sectores de la economía.” (Ministerio de medio ambiente, n.d.) Con la construcción de estos escenarios se puede apreciar para cada propuesta la producción de energía con diversas fuentes, supliendo la demanda energética de las islas frente a las emisiones de gases de efecto invernadero que son originadas por dicho proceso. Para el cálculo de unidades generadoras en los escenarios 2 y 3 que se proponen para los sistemas eólico y solar fotovoltaico se toman de referencia dos grandes proyectos en el país, el parque eólico Jepírachi y la granja Celsia Solar. Debido que para el caso de la energía mareomotriz no existen actualmente proyectos de esta clase construidos en Colombia, se pone como ejemplo la granja marina ubicada en Wales, Reino Unido. Con base en los proyectos mencionados anteriormente se busca indicar cuantos equipos de generación eléctrica renovable son necesarios para cubrir con el porcentaje de la demanda energética planteado en estos dos escenarios.
• Parque Eólico Jepírachi Este es el primer parque de generación eólica de Colombia, el cual se encuentra ubicado en el departamento de la Guajira, está conformado por 15 aerogeneradores de 1,3 MW de potencia cada uno y cuenta con una capacidad instalada de 19,5 MW de potencia nominal. La localización de este proyecto consta de un área aproximada de 1 km de largo por 1,2 km de ancho.
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Figura 13. Parque eólico Jepírachi - Guajira, Colombia.
Fuente:(“Centrales de generación transmisión y distribución de energia de EPM,” n.d.)
• Granja Solar Celsia Solar Este proyecto de energía solar fotovoltaica ubicado en Yumbo (Valle del Cauca), se encuentra en etapa de construcción actualmente. La granja se compone de 35.000 paneles solares con los cuales se espera generar 16 GWh/año aproximadamente, se encuentra localizado en una extensión de 18 hectáreas y tendrá una potencia de 9,9MW. Figura 14. Granja solar Celsia Solar.
Fuente: (“Construcción de la granja solar Celsia Solar Yumbo - Sectores - Economía - ELTIEMPO.COM,” n.d.)
66
• Granja marina.
Esta granja marina está ubicada en la costa de Anglesey, Wales (Reino Unido), el proyecto tiene una capacidad de producción de 10,5 MW en total. Las turbinas empleadas tienen una capacidad de 1,2 MW cada una y se encuentran instaladas a una profundidad de 25 metros aproximadamente. Figura 15. Turbina SeaGen usada en la granja marina de Wales.
Fuente: (U.S. Department of Energy, Energy Management and Federal Markets
Group, & National Renewable Energy Laboratory (NREL), 2009)
Para el planteamiento de los escenarios y el cálculo de las emisiones producidas por cada uno de los sistemas de generación actuales y propuestos, se usarán las ecuaciones de la metodología del Instituto Meteorológico Nacional de Costa Rica (IMN) y de acuerdo a los resultados obtenidos, se analizará la posible conformación de los tres escenarios. De acuerdo a lo anterior tenemos que los sistemas de generación a analizar para la conformación de los escenarios son:
• Planta térmica de Diésel
• Planta de residuos sólidos urbanos
• Parque eólico
• Parque energía solar fotovoltaica
• Planta de energía mareomotriz o energía de los mares
67
Según el capítulo de las emisiones tenemos que, del tipo de generación de energía eléctrica, los sistemas que emiten gases a la atmosfera durante su operación son:
• Planta térmica de Diésel.
• Planta de residuos sólidos urbanos. Por lo tanto, se utilizarán las siguientes ecuaciones para el cálculo de las emisiones según corresponda.
• Emisiones por utilización de combustible fósil: fuentes fijas.
- Emisiones por utilización de Diesel
𝑻𝒐𝒏 𝑪𝑶𝟐𝒆 =𝑳𝒅𝒊𝒆∗𝑭𝑬𝒅𝒊𝒆𝑪𝑯𝟒+𝑳𝒅𝒊𝒆∗ 𝑭𝑬𝒅𝒊𝒆𝑪𝑶𝟐∗𝟏+𝑳𝒅𝒊𝒆∗ 𝑭𝑬𝒅𝒊𝒆𝑵𝟐𝑶∗𝑭𝑪𝒅𝒊𝒆∗𝟑𝟏𝟎
𝟏𝟎𝟎𝟎 (Ecuación 1)
Donde: 𝐿𝑑𝑖𝑒: Litros de Diesel 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝐻4: Factor de emisión del metano en la combustión de Diesel
(kgCH4/litro de Diesel). 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝑂2: Factor de emisión del dióxido de carbono en la combustión de
Diesel (kgCO2/litro de Diesel). 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝑁2𝑂: Factor de emisión del óxido nitroso en la combustión de Diesel
(kgN2O/litro de Diesel). 𝐹𝐶𝑑𝑖𝑒: Factor de conversión para el Diesel (TJ/kWh).
- Emisiones por residuos solidos
𝑇𝑜𝑛 𝐶𝑂2𝑒 =𝐶𝑅𝑆∗𝐹𝐸𝑅𝑆𝐶𝐻4∗21+𝐶𝑅𝑆∗ 𝐹𝐸𝑅𝑆𝑁2𝑂∗310
1000 (Ecuación 2)
Donde: 𝐶𝑅𝑆: Cantidad de residuos sólidos (kg) 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝐻4: Factor de emisión del metano en la descomposición de los
residuos en el relleno sanitario (kgCH4/kg residuos sólidos). 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝑁2𝑂: Factor de emisión del óxido nitroso en la descomposición de los
residuos en el relleno sanitario (kgN2O/kg residuos sólidos). **Potencial de calentamiento global: para una tonelada de CH4 corresponde a 21 toneladas de CO2e, para una tonelada de N2O corresponde a 310 de CO2e.
68
• Emisiones por la fabricación de equipos para la generación energía eléctrica con fuentes renovables.
Tal y como se indicó en el capítulo de emisiones, la generación de energía eléctrica con fuentes renovables (energía eólica, energía solar fotovoltaica y energía mareomotriz) no emite gases contaminantes a la atmosfera, pero en el ciclo de vida (fabricación, transporte de materiales, construcción y desinstalación) de las unidades generadoras si se presentan emisiones de gases de efecto invernadero, cada una de estos sistemas contempla un factor de emisión que se relaciona a continuación (Véase Tabla 12). Con estos datos se realizará un estimativo de la posible contaminación generada con la producción de los paneles solares y torres eólicas que producirían la demanda de la isla Tabla 12. Factor de emisión en el ciclo de vida.
ENERGÍA RENOVABLE FACTORES DE EMISIÓN
Energía solar fotovoltaica 50 kg CO2e/MWh
Energía eólica 15 kg CO2e/MWh
Fuente: Autores.
• Emisiones por el consumo de energía. Tal como se describió en el capítulo 3 del presente documento se sabe que el consumo total de las islas esta por el orden de 200 GWh, por lo que también se analizará la emisión provocada por este gasto, aplicando la metodología del IMN por lo que se tiene lo siguiente:
𝑇𝑜𝑛 𝐶𝑂2𝑒 =𝐶𝑘𝑊ℎ∗𝐹𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐 𝐶𝑂2∗1
1000 (Ecuación 3)
Donde: 𝐶𝑘𝑊ℎ: Cantidad de electricidad consumida (kWh) 𝐹𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐: Factor de emisión de CO2 para electricidad (kg CO2e/kWh)
De acuerdo a lo anterior tenemos que: Tabla 13. Cálculo emisiones.
Fuente: los autores.
CkWh 200 GWh/año 200,000,000 kWh/año
FEelec
Ton CO 2e
Cantidad de electricidad consumida (kWh)
Factor de emisión del dióxido de carbono para electricidad (kg CO2e / kWh)
134000
0.67
𝑇𝑜𝑛 𝐶𝑂2𝑒 =𝐶𝑘𝑊ℎ ∗ 𝐹𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐𝐶𝑂2 ∗
69
En la Tabla 13 se presenta las emisiones de dióxido de carbono equivalente generadas por el consumo anual de energía eléctrica en la isla. Este valor podría aumentar de acuerdo al crecimiento del consumo de energía eléctrica de la isla por factores como el crecimiento poblacional y el aumento en el turismo.
5.1 PLANTEAMIENTO DE LOS ESCENARIOS
5.1.1 Escenario 1: ambición mínima
En el primer escenario se planteará la situación actual del departamento y que para el cual se supone una ambición mínima referente al tema de determinar la solución de generación de energía eléctrica y que, a la vez se tenga como principal objetivo el producir bajos niveles de emisiones de gases de efecto invernadero. Como se indicó en el capítulo de caracterización de la zona de estudio, existen 19.183 usuarios del sistema eléctrico en las islas de San Andrés y Providencia, los cuales señalan una demanda eléctrica de 200GWh/año. Hoy en día, el archipiélago cuenta con un sistema de generación eléctrica a base de la combustión del diésel, el cual presenta altos niveles de contaminación para el medio ambiente. Esta planta térmica de diésel está conformada por 18 unidades de generación con diésel para suplir con la demanda energética del departamento. Tabla 14. Cálculo de emisiones en la planta térmica diésel.
Fuente: los autores
FEdie CH40,122 g CH4 / L diesel 0,000122 kg CH4 / L diesel
FEdie CO22,613
FEdie N2O 0,02442 g N2O / L diesel 0,00002442 kg N2O / L diesel
Ldie 12.417.422 Gl/año 47.004.909,24 L/año
FCdie 41,868
FCdie 0,0000036
Ton CO 2e
TJ/ktep
TJ/kWh
122.830
Factor de conversión para el diesel (TJ/kWh)
kg CO2 / L diesel
Factor de emisión del metano en la combustion de diesel (kg CH4 / L diesel)
Factor de emisión del dióxido de carbono en la combustión de diesel
(kg CO2 / L diesel)
Factor de emisión del óxido nitroso en la combustión de diesel
(kg N2O / L diesel)
Consumo de diesel por año
𝑇𝑜𝑛 𝐶𝑂2𝑒 = 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝐻4 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝑂2 ∗ 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝑁2𝑂∗ 𝐹𝐶𝑑𝑖𝑒 ∗
𝑇
∗
=
𝑇
70
Para la configuración anteriormente descrita, se presentan emisiones de metano,
óxido nitroso y dióxido de carbono para la generación eléctrica con combustibles
fósiles, las cuales se cuantificaron mediante la metodología del IMN y se reportan
sus resultados en Ton CO2e (Véase la Tabla 14).
En la Tabla 14, se muestran los factores de emisión para los gases de efecto invernadero, los cuales se contabilizan en kilogramos de gas (metano, óxido nitroso o dióxido de carbono) por litro de combustible consumido para la producción de energía eléctrica. También se tiene un factor de conversión que depende del tipo de combustible a emplear, que en este caso es el diésel y la cantidad de litros de diésel usados para la generación. De acuerdo al cálculo, para producir 200GWh/año se estima un total de 122.830 toneladas de dióxido de carbono equivalente
5.1.2 Escenario 2: ambicioso
En este segundo escenario se presenta una posible configuración del sistema energético de las islas, adoptando una participación del 15% de los recursos renovables (Véase Tabla 15) y por ende reduciendo los niveles de contaminación con respecto al escenario 1. Tabla 15. Conformación escenario 2.
Fuente: los autores. De acuerdo a la conformación del escenario presentado en la Tabla 15, se tiene que para cubrir la demanda (200 GWh/año), la distribución de producción tiene la participación principal de la planta térmica, seguida de la producción por energía solar, eólica y RSU respectivamente. Adicionalmente se presenta la cantidad de recursos necesarios para cubrir la distribución dada como por ejemplo la cantidad de Diesel consumida por año, la cantidad de paneles y aerogeneradores necesarios para suplir la demanda requerida (véase Tabla 16). Tabla 16. Unidades requeridas.
Fuentes: los autores.
Potencia (MW)Generación eléctrica
máxima (GWh/año)Distribución
Demanda a cubrir
(GWh/año)
Diesel 83.67 733.0 85% 170 39,954,173 L/año
RSU 1 8.76 2% 4 19,759,200.0 kg/año
Eólico 7.5 65.7 5% 10 1 Aerogeneradores
Solar 9.9 86.7 8% 16 6457 Paneles
Escenario 2
200Demanda Total (GWh/año)
CantidadUnidad
generadoraPotencia (MW)
Demanda requerida
(GWh/año) Escenario 2
Cantidad de unidades
Escenario 2
1 Aerogenerador 1.3 10 1
35000 Paneles 9.9 16 6457
71
Para el cálculo de la cantidad de litros de diésel y las unidades generadoras de cada planta se tomaron las potencias de cada sistema generador y se dividió en la potencia de cada equipo. Por ejemplo, la planta eólica posee una potencia de 7,5 MW (según Tabla 15), para hallar la cantidad de aerogeneradores que se requieren en la planta se toma el dato de la demanda requerida y se divide en las horas que tiene 1 año (24 horas x 365 días/año = 8760 horas/año), luego se debe realizar la conversión de GW a MW y por último se divide este valor calculado en la potencia que tiene un aerogenerador (1,3 MW). El resultado obtenido es de 1 aerogenerador el cual se relacionan en la Tabla 16. Posteriormente se realizó el cálculo de las emisiones de dióxido de carbono equivalente emitidas de acuerdo a las necesidades presentadas en la Tabla 15, obteniendo lo siguiente: Tabla 17. Emisiones de CO2e planta Diesel.
Fuentes: los autores. Tabla 18. Emisiones de CO2e planta RSU.
Fuentes: los autores.
FEdie CH40.122 g CH4 / L diesel 0.000122 kg CH4 / L diesel
FEdie CO2 2.613
FEdie N2O 0.02442 g N2O / L diesel 0.00002442 kg N2O / L diesel
Ldie 10,554,809 Gl/año 39,954,172.85 L/año
FCdie 41.868
FCdie 0.0000036
Ton CO 2e
Factor de conversión para el diesel (TJ/kWh)
TJ/ktep
TJ/kWh
104,405
Factor de emisión del metano en la combustion de diesel (kg CH4 / L diesel)
Factor de emisión del dióxido de carbono en la combustión de diesel (kg CO2 / L diesel)
kg CO2 / L diesel
Factor de emisión del óxido nitroso en la combustión de diesel (kg N2O / L diesel)
Consumo de diesel por año
𝑇𝑜𝑛 𝐶𝑂2𝑒 = 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝐻4 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝑂2 ∗ 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝑁2𝑂∗ 𝐹𝐶𝑑𝑖𝑒 ∗
𝑇
∗
=
𝑇
CRS 1,646.6 ton/mes 19,759,200.0 kg/año
FERS CH4 0.0581
FERS N2O 0
Ton CO 2e 24,108
Cantidad de residuos sólidos (kg)
Factor de emisión del metano en la descomposición de residuos sólidos en el relleno
sanitario (kg CH4 / kg residuos sólidos)
kg CH4 / kg residuos sólidos
Factor de emisión del óxido nitroso en la descomposición de residuos sólidos en el
relleno sanitario (kg N2O / kg residuos sólidos)
kg N2O / kg residuos sólidos
𝑇𝑜𝑛 𝐶𝑂2𝑒 = 𝐶𝑅𝑆 ∗ 𝐹𝐸𝑅𝑆𝐶𝐻4 ∗ 𝐶𝑅𝑆 ∗ 𝐹𝐸𝑅𝑆𝑁2𝑂 ∗
72
Figura 16. Cantidad de emisiones según configuración del escenario 2.
Fuentes: los autores. Se sabe que esta planta se encuentra construida en un 100 % pero actualmente no genera energía eléctrica puesto que su plan de manejo ambiental no ha sido aprobado y la gobernación aún no ha definido el encargado de su operación.
5.1.3 Escenario 3: altamente ambicioso.
Para el ultimo escenario se propone una configuración con las fuentes de generación mostradas en el escenario anterior y adicionando el sistema de generación mareomotriz. Para este caso se propone que la energía eléctrica sea generada en un 50% por medio de fuentes no convencionales y el otro 50% sea producida por la planta térmica de diésel. En la Tabla 19 se muestra la distribución planteada para el presente escenario: Tabla 19. Conformación escenario 3.
Fuente: los autores
Tipo de Fuente Potencia (MW)Generación eléctrica
máxima (GWh/año)Distribución
Demanda a cubrir
(GWh/año)
Diesel 83,67 733,0 50% 100 23.502.455 L/año
RSU 1 8,76 2% 4 19.759.200,0 kg/año
Eólico 7,5 65,7 16% 32 3 Aerogeneradores
Solar 9,9 86,7 16% 32 12915 Paneles
Mareomotriz 10,5 92,0 16% 32 3 Turbinas
200Demanda Total (GWh/año)
Escenario 3
73
Sabiendo que la demanda energética a suplir en el departamento es de 200GWh/año y conociendo la potencia instalada con la que cuenta cada fuente de generación, se determina la cantidad de demanda a cubrir para cada sistema de generación, junto con las unidades generadoras y en el caso de la planta térmica de diésel, los litros de combustible que se requieren para producir el porcentaje de la demanda que le corresponde a tipo de generación eléctrica. Para el cálculo de la cantidad de litros de diésel y las unidades generadoras de cada planta se tomaron las potencias de cada sistema generador y se dividió en la potencia de cada equipo. Por ejemplo, la planta eólica posee una potencia de 7,5 MW (según Tabla 19), para hallar la cantidad de aerogeneradores que se requieren en la planta se toma el dato de la demanda requerida y se divide en las horas que tiene 1 año (24 horas x 365 días/año = 8760 horas/año), luego se debe realizar la conversión de GW a MW y por último se divide este valor calculado en la potencia que tiene un aerogenerador (1,3 MW). El resultado obtenido son los 3 aerogeneradores que se relacionan en la Tabla 20. Tabla 20. Unidades requeridas.
Fuente: los autores. La central térmica de combustión de diésel presenta el siguiente valor para sus emisiones en términos de toneladas de dióxido de carbono equivalente. Tabla 21. Cálculo de emisiones en la planta térmica diésel.
Fuente: los autores.
CantidadUnidad
generadoraPotencia (MW)
Demanda requerida
(GWh/año) Escenario 3
Cantidad de unidades
Escenario 3
1 Aerogenerador 1,3 32 3
35000 Paneles 9,9 32 12915
1 Turbina 1,2 32 3
FEdie CH40,122 g CH4 / L diesel 0,000122 kg CH4 / L diesel
FEdie CO22,613
FEdie N2O 0,02442 g N2O / L diesel 0,00002442 kg N2O / L diesel
Ldie 6.208.711 Gl/año 23.502.454,62 L/año
FCdie 41,868
FCdie 0,0000036
Ton CO 2e
Factor de conversión para el diesel (TJ/kWh)
TJ/ktep
TJ/kWh
61.415
Factor de emisión del metano en la combustion de diesel (kg CH4 / L diesel)
Factor de emisión del dióxido de carbono en la combustión de diesel (kg CO2 / L diesel)
kg CO2 / L diesel
Factor de emisión del óxido nitroso en la combustión de diesel (kg N2O / L diesel)
Consumo de diesel por año
𝑇𝑜𝑛 𝐶𝑂2𝑒 = 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝐻4 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝐶𝑂2 ∗ 𝐿𝑑𝑖𝑒 ∗ 𝐹𝐸𝑑𝑖𝑒𝑁2𝑂∗ 𝐹𝐶𝑑𝑖𝑒 ∗
𝑇
∗
=
𝑇
74
Para este cálculo se siguen teniendo en cuenta los factores de emisión de los gases de efecto invernadero y se varia la cantidad de litros de combustible que se utilizaran en la generación de energía eléctrica. Como se asume el mismo porcentaje indicado en el escenario 2 para la generación por medio de la planta térmica de residuos sólidos urbanos, se obtiene el mismo resultado de emisiones de gases de efecto invernadero de 24.108 toneladas de dióxido de carbono equivalente. Figura 17. Cantidad de emisiones según configuración del escenario 3.
Fuente: los autores. Además, se dejan de realizar los cálculos de las emisiones en las fuentes no convencionales de energía, debido que estos sistemas no presentan emisiones de estos gases durante su operación, sino en sus etapas de fabricación, montaje, transporte y disposición final.
5.2 SELECCIÓN DEL ESCENARIO MÁS ÓPTIMO De acuerdo a lo anterior, se presentará una comparación de los escenarios planteados mediante matrices DOFA, en donde se presentan las fortalezas, debilidades, oportunidades y amenazas analizadas para cada uno de estos. Este análisis de comparación se realizó teniendo en cuenta los siguientes factores: ambientales, de implementación, de operación, mantenimiento, de emisión durante su operación y otros que serán presentados a continuación (véase la Tabla 22, Tabla 23, Tabla 24).
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Tabla 22. Matriz DOFA para el escenario 1.
Fuente: los autores. Tabla 23. Matriz DOFA para el escenario 2.
Fuente: los autores.
FORTALEZAS DEBILIDADES
- Desarrollo tecnológico para la generación de energía
eléctrica con este tipo de sistema.
- Generación de energía eléctrica fija y constante.
- Fácil mantenimiento y adquisición de repuestos para
dichas plantas.
- Mano de obra accesible.
- Facilidad de montaje.
- Alta contaminación al medio ambiente.
- Alta inversión de operación.
- Alteración del suelo.
- Grandes pérdidas en el suministro y distribución del
servicio eléctrico.
- Requiere de la construcción de una gran infraestructura
para su operación.
OPORTUNIDADES AMENAZAS
- Operación con unidades de ciclo combinado (gas y
diesel). Adecuación para uso mixto.
- Ampliación de la capacidad de generación.
- Desarrollo de sistemas que minimicen el impacto
ambiental.
- Fuente de abastecimiento limitada.
- Contribución al cambio climático.
- Sustitución parcial de la generación eléctrica.
ESCENARIO 1
FORTALEZAS DEBILIDADES
- Minimización del impacto ambiental debido a una menor
generación electrica con la planta térmica diesel.
- Tratamiento de los residuos sólidos urbanos generados en
la isla para la producción energetica del departamento.
- Aprovechamiento de los recursos naturales de las islas
(Energía solar, Energía eólica)
- No requiere de gran infraestructura.
- El presente escenario no requiere de mayor logistica,
material y personal para su implementación, puesto que su
conformación aprovecha las instalaciones esxistentes de las
plantas termicas (diesel y RSU)
- Alto costo de inversión para su implementación.
- Requiere de personal calificado para su instalación,
operación y mantenimiento.
- Requiere de gran extensión de área para su instalación.
- Falta de apoyo de parte del gobierno nacional para la
implementación de proyectos de generación eléctrica por
medio de fuentes renovables.
OPORTUNIDADES AMENAZAS
- Contribuye a la disminución de los gases de efecto
invernadero que generan el cambio climático.
- Reproceso de los residuos sólidos urbanos en la
producción de energía eléctrica, alcanzando el equilibrio en
el tratamiento de los residuos debido a la situación
geográfica.
- Concientizar a los habitantes de la región para que
realicen la separación de los residuos desde su origen
(casas, hoteles, etc), con el fin de optimizar los procesos
dentro de la planta térmica RSU.
- Desarrollo de tecnologías para la generación eléctrica con
fuentes renovables.
- Solución de generación de energía eléctrica a las zonas no
interconectadas por medio de fuentes renovables.
- Incertidumbre de las condiciones climatológicas que
inciden sobre la producción de energía.
- Emisiones producidas durante el ciclo de vida de los
componentes de la planta solar y el parque eólico.
- Impacto medio ambiental sobre la fauna (aves) y flora
debido al funcionamiento de la torre de generación eólica.
ESCENARIO 2
76
Tabla 24. Matriz DOFA para el escenario 3.
Fuente: los autores. Figura 18. Comparación de las emisiones generadas según el escenario conformado.
Fuente: los autores.
FORTALEZAS DEBILIDADES
- Minimización del impacto ambiental debido a una menor
generación electrica por medio de fuentes convencionales.
Existe una reducción de emisiones del 43% respecto al
escenario 2.
- Aprovechamiento de uno de los recursos naturales que
más abunda en las islas como lo es el mar para la
generación eléctrica (energía mareomotriz).
- Mayor participación del uso de sistemas de generación de
energía eléctrica por medio de fuentes renovables.
- Mayores costos de inversión para su implementación
respecto al escenario 2.
- Requiere mano de obra calificada para la instalación de la
granja marina.
- Requiere de una mayor extensión de área para su
instalación debido a que se duplica la cantidad de paneles
solares a instalar en la planta solar, teniendo como
referencia el escenario 2.
- Para la instalación de las turbinas de la granja marina se
requiere de la adecuación del terreno cercano a la orilla del
mar para su funcionamiento.
OPORTUNIDADES AMENAZAS
- Contribuye a la disminución de los gases de efecto
invermadero que generan el cambio climático.
- Reproceso de los residuos sólidos urbanos en la
producción de energía eléctrica, alcanzando el equilibrio en
el tratamiento de los residuos debido a la situación
geográfica.
- Concientizar a los habitantes de la región para que
realicen la separación de los residuos desde su origen
(casas, hoteles, etc), con el fin de optimizar los procesos
dentro de la planta térmica RSU.
- Desarrollo de tecnologías para la generación eléctrica con
fuentes renovables.
- Solución de generación de energía eléctrica a las zonas no
interconectadas por medio de fuentes renovables.
- Se depende en mayor medida de las condiciones
climatológicas de la región debido al aumento del
porcentaje de participación de los sistemas de generación
con fuentes renovables.
- Emisiones producidas durante el ciclo de vida de los
componentes de la planta solar, el parque eólico y la granja
marina.
- Debido a la instalación de la granja marina se entra en
contacto con los ecosistemas marinos, los cuales se
pueden ver afectados por estos sistemas de generación
eléctrica.
ESCENARIO 3
77
Teniendo en cuenta las matrices DOFA (véase la Tabla 22, Tabla 23, Tabla 24) y la Figura 18 se puede determinar que el escenario más óptimo con respecto a la emisión de gases contaminantes para la generación de energía eléctrica, es el escenario 3 que presenta emisiones de 85,523 toneladas de CO2e al año. Tal y como se presenta en el análisis del escenario 3 se cuenta con una generación casi del 50% con fuentes renovables de energía aprovechando y generando energía de una manera limpia libre de contaminantes. A continuación, se presenta de nuevo la conformación del escenario 3 (Véase la Tabla 25), tal y como se observa la participación de las fuentes renovables de energía es mayor con respecto al escenario 2, adicionalmente se realizó el análisis de ocupación que tendrá la implementación y se observa que su ocupación no es significativa con respecto al área total de la isla, contemplando un área para los paneles solares de 70.000 m2 y 240.000 m2 para las torres eólicas, equivalentes al 1.1 % de la extensión total. Tabla 25. Configuración escenario más óptimo.
Fuente: los autores.
Tipo de Fuente Potencia (MW)Generación eléctrica
máxima (GWh/año)Distribución
Demanda a cubrir
(GWh/año)
Diesel 83.67 733.0 50% 100 23,502,455 L/año
RSU 1 8.76 2% 4 19,759,200.0 kg/año
Eólico 7.5 65.7 16% 32 3 Aerogeneradores
Solar 9.9 86.7 16% 32 12915 Paneles
Mareomotriz 10.5 92.0 16% 32 3 Turbinas
Escenario 3
Demanda Total (GWh/año) 200
78
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
• De acuerdo al desarrollo del trabajo realizado, podemos determinar que las islas cuentan con un gran potencial de recursos renovables, que podrían ser aprovechados en la generación de energía eléctrica. Esto permite el análisis de diferentes escenarios a partir de diferentes configuraciones involucrando la participación de diferentes tipos de producción energética.
• La demanda energética del departamento está divida por varios sectores económicos. Se destacan tres grandes grupos como los que tienen el mayor consumo de energía en la región, son: residencial (participación del 24.5%), comercial (participación del 33.6%) e industrial (participación del 34%). Teniendo en cuenta que la actividad económica principal de las islas es el turismo, se observa que el sector industrial cuenta con un mayor consumo eléctrico, sabiendo que no es la actividad económica principal, sin embargo, se puede observar que la diferencia de consumo eléctrico entre estos dos sectores es mínima. La principal razón por la que estos dos sectores tienen altos consumos energéticos, se debe al uso de sistemas de aire acondicionado poco eficientes, los cuales deberán ser revisados con el fin de chequear que su funcionamiento sea optimo en cuanto al gasto energético y con esto reducir su consumo.
• Se sabe que, debido a la ubicación geográfica de las islas, estas no se encuentran conectadas al sistema interconectado nacional (SIN), razón por la cual el departamento está clasificado dentro de las zonas no interconectadas del país, lo que conlleva a que la producción de energía eléctrica este dada por el uso de derivados de combustibles fósiles como el diésel. Este tipo de generación presenta un mayor desarrollo tecnológico frente a otros sistemas, siendo el modelo de generación que más se emplea en estas zonas, generando un gran impacto ambiental a los ecosistemas presentes en las islas.
• Dentro del desarrollo del proyecto se proponen tres escenarios de generación eléctrica, los cuales se establecieron teniendo en cuenta los nichos de oportunidad que se presentan en el departamento, el cumplimiento de la demanda energética y las emisiones que son producidas por los sistemas dispuestos en cada escenario. Se concluye que el escenario 3 es el más optimo puesto que considera una participación de fuentes renovables hasta del 50%, reduciendo las emisiones del actual sistema en la misma proporción.
• Actualmente la planta de RSU se encuentra cerrada por falta de aprobación del Plan de Manejo Ambiental por parte de la Corporación para el Desarrollo Sostenible del Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina –
79
CORALINA, y por la no definición del responsable de la operación final de la planta por parte de la Gobernación del Departamento.
• La emisión de gases de efecto de invernadero y gases tóxicos nocivos para la salud por la incineración de residuos sólidos urbanos, es considerada para muchos expertos como una energía no renovable y contaminante, sin embargo, para el caso de las islas este sistema representa una buena opción para el cierre del ciclo energético que se manifiesta dentro del concepto de metabolismo urbano.
• La aplicación de la metodología IMN permite realizar inventarios de emisiones con el fin de tener noción de la contaminación generada por las actividades que benefician las labores del ser humano.
• De acuerdo al análisis de los escenarios, se observa que el escenario 2 presenta una mayor emisión de gases con respecto al escenario 1, sin embargo, para lo realizado en el presente trabajo, el escenario 2 cuenta con la participación de fuentes de generación de energía renovable y una planta de RSU. Dicho lo anterior, debemos aclarar que el proceso y el tratamiento de las basuras contribuye al reproceso y uso adecuado de las mismas en la generación de energía eléctrica, por lo tanto, se consideró dentro del análisis, contemplando su implementación, con el fin de proponer una alternativa amigable con el ambiente al actual modelo de producción de energía.
• De la información indagada se sabe que el Archipiélago de San Andrés cuenta con gran potencial para la implementación de proyectos de generación de energía eléctrica con fuentes renovables, sin embargo, su implementación debe estar basado en estudios detallados que precisen la demanda energética a cubrir y por ende los equipos necesarios para suplir dicha demanda.
• De acuerdo al documento “Integración de las energías renovables no convencionales en Colombia”, nuestro país goza de gran potencial solar, el cual debería ser aprovechado para la generación de energía eléctrica no solo en las ZNI sino también para que alimente al SIN y así de esta manera contribuir al medio ambiente y al cambio climático generado por la emisión de gases de efecto invernadero.
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