Electrificación sustentable de la

Isla Holbox: Un estudio de caso

Dr, Jorge M. Huacuz Villamar

M.I. M. Consolación Medrano Vaca

Instituto de Investigaciones Eléctricas

CONTENIDO

�UBICACIÓN DE LA ISLA

� CARACTERÍSTICAS DE LA ISLA

� ENERGÍA EN HOLBOX

� PROPUESTA TECNOLÓGICA

�MODELOS DE IMPLEMENTACIÓN

�ANÁLISIS DE OPCIONES

�ASPECTOS AMBIENTALES

� CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

UBICACIÓN DE LA ISLA HOLBOX

Consume

7 TWh/año

Cuenta con 1500

Hab.

Economía

Pesca, turismo y

comercio

Cuenta con

servicios básicos

Generación con

diésel Se consumen 2

mill. de litros de

diésel/año

Recursos solar y

eólico

Es parte de la

reserva de

biósfera

Es área de protección

de flora y fauna de

Yum Balam

Energía en Holbox

� Suministro de energía• Cuenta con expendio de gasolina• Distribución de gas natural• Suministro de electricidad mediante dos circuitos

� Demanda eléctrica• Se cubre totalmente con generación diésel• El mayor consumo es en equipo de aire acondicionado

� Energía renovable Disponible• Energía eólica a 30 m2, factor de planta de 12%• Recurso solar FV, factor de planta de 18.6%

• Los moto-generadores existentes se adapten

para operar con biodiesel.

• Al menos el 50% de la electricidad se produzca

con generadores eólicos y FV.

• Se busca que el costo de generación se mantenga en los límites

razonables.

• Se considera que biodiesel se transporte de la misma forma que el diésel.

• Se considera que el costo del biodiesel sea similar al del diésel.

• La red inteligente tiene como fin viabilizar la incorporación de tecnologías

eólica y FV.

Propuesta Tecnológica

Sistema híbrido biodiesel-solar-eólico

acoplado a una red de distribución inteligente

Modelos de implementación

1. Sistema de generación centralizado2. Sistema de generación distribuido

El sistema deberá cumplir lo siguiente:

• Ser capaz de abastecer la demanda eléctrica

de la isla

• Prever el crecimiento de la demanda en un futuro predecible

• Ser flexible en cuanto a la forma de cubrir el crecimiento de la

demanda

• Minimizar el uso de los moto-generadores a fin de reducir costos

de operación e impactos al medio ambiente.

Análisis de opciones

1. Sistema de generación centralizado

• Se analizaron cuatro escenarios, correspondientes a niveles de penetración del 17%, 31%, 43% y 53% de las energías renovables.

• Se consideraron arreglos FV de silicio mono-cristalino.

• Se consideraron turbinas eólicas de 330 kW.

• Se incorporó banco de baterías para picos y valles de corta duración, así como el inversor/rectificador.

• Se analizaron cuatro escenarios, correspondientes a niveles de penetración del 17%, 31%, 43% y 53% de las energías renovables.

• Se consideraron arreglos FV de silicio mono-cristalino.

• Se consideraron turbinas eólicas de 330 kW.

• Se incorporó banco de baterías para picos y valles de corta duración, así como el inversor/rectificador.

1. Sistema de generación centralizado

• Tres moto-generadores de 800 kW.

• Requerimiento de generación anual de 40% adicional para cubrir el crecimiento en la demanda.

• El nivel de contribución en la generación va desde un 3% a 21% para FV y desde un 3% a 13% por el eólico.

• Tres moto-generadores de 800 kW.

• Requerimiento de generación anual de 40% adicional para cubrir el crecimiento en la demanda.

• El nivel de contribución en la generación va desde un 3% a 21% para FV y desde un 3% a 13% por el eólico.

Evaluación económica del Sistema de Generación Centralizado

Escenarios de participación de las energías solar y eólica

Componente Escenario 1: 6%

Escenario 2: 14%

Escenario 3: 23%

Escenario 4: 34%

Fotovoltaico Producción (kWh/año) 283,590 708,974 1,417,949 2,268,718 Fracción (%) 3% 7% 13% 21%

Eólico Producción (kWh/año) 343,783 688,010 1,031,350 1,375,130 Fracción (%) 3% 7% 10% 13%

Generador 1

Producción (kWh/año) 6,603,382 5,969,859 5,829,612 5,299,141 Fracción (%) 62% 61% 54% 48%

Generador 2

Producción (kWh/año) 3,008,494 2,290,632 2,272,932 1,908,538 Fracción (%) 28% 23% 21% 17%

Generador 3

Producción (kWh/año) 327,036 164,571 154,424 116,171 Fracción (%) 3% 2% 1% 1%

Total Producción (kWh/año) 10,566,284 9,822,046 10,706,266 10,967,699 Fracción (%) 100% 100% 100% 100%

Indicadores económicos de las plantas centralizadas

Indicador Económico

Unidad

Inversión para

Ahorro de Diésel

Inversión para Compra-

Venta de Electricidad

Costo nivelado de generación US$/kWh 0,21 – 0.2590 0.21 – 0.2825

Período de

recuperación

Simple Años 5.3 – 6.3 8 – 12.8

Descontado Años 7.5 – 9.5 19 - >25

Relación Beneficio/Costo ---- 2.4 – 1.96 1.1 – 0.77

Tasa Interna de Retorno % 21.8 – 18.3 11.2 – 6.8

Evaluación económica del Sistema de Generación Centralizado

Análisis de opciones

2. Sistema de generación distribuido

• Sólo se consideró la integración de sistemas FV.

• El análisis de hizo en forma independiente para cada sector de

consumo en Holbox (domiciliario, comercial, hotelero y

servicios municipales).

• Se tomaron para cada caso la tarifa que les aplica.

• Se integró en el análisis el beneficio del programa de Medición

Neta.

• Se aplicó economía de escala, tomando en cuenta algunas

cotizaciones obtenidas por desarrolladores de la tecnología FV.

• Sólo se consideró la integración de sistemas FV.

• El análisis de hizo en forma independiente para cada sector de

consumo en Holbox (domiciliario, comercial, hotelero y

servicios municipales).

• Se tomaron para cada caso la tarifa que les aplica.

• Se integró en el análisis el beneficio del programa de Medición

Neta.

• Se aplicó economía de escala, tomando en cuenta algunas

cotizaciones obtenidas por desarrolladores de la tecnología FV.

Evaluación económica del Sistema de Generación Distribuido

Indicadores económicos de las plantas de generación distribuida

Sector

Nivel de

Consumo en Sector

(kWh/mes)

Rango de Potencia

por Sistema (kW)

Capacidad Total a Instalar

por Sector (kW)

Rango de

Producción por

Sistema (kWh/año)

Inversión

Total Requerida

(US$)

% de Ahorro

Relación

B/C En kWh

En $

Domiciliario Básico

60-300 0.3-1 574 450-1,700 1’900,000 40-75 45-85 0.15-1.15

Domiciliario Alto

315-1,500 1-10 273 1,600-16,500

850,000 40-95 75-90 2-4

Hoteles 740-14,700 4.5-95 347 7,500-150,000

910,500 85 75-85 0.87-1.09

Comercios 104-2,700 0.5-10 338 800-16,500 1’050,000 50-70 40-70 1-1.35

Alumbrado 25,000 143 143 233,000 368,000 80 80 1.41

Bombeo 11,650 85.5 85.5 140,000 234,000 100 98.5 0.94

Aspectos Ambientales

�La planta actual de generación consume

cerca de 2 millones de litros de diésel al

año.

�Equivalen a 5,400 toneladas de CO2

vertidas a la atmósfera.

�Existe el riesgo latente de derrames de

combustible durante su transporte.

�La planta actual de generación consume

cerca de 2 millones de litros de diésel al

año.

�Equivalen a 5,400 toneladas de CO2

vertidas a la atmósfera.

�Existe el riesgo latente de derrames de

combustible durante su transporte.

Conclusiones y recomendaciones

� El estudio arroja que una planta FV de más de 2 MW, puede ahorrar un 50% del consumo actual de diésel. Sin embargo el terreno que se necesita limita su implementación.

� La generación distribuida ofrece un camino alternativo para la instalación de 2 MW ya que se distribuye en los techos de las construcciones.

� La tecnología eólica no se considera viable, ya que se encontró que el recurso viento no es lo suficientemente bueno para instalar sistemas de mediana escala. Pero si pueden ser viables para el caso de pequeñas máquinas.

Conclusiones y recomendaciones

� En cualquiera de los modelos de implementación, el uso de las energías renovables es una oportunidad para evitar la emisión 2,500 toneladas de CO2 al año.

� Para mantener el suministro estable de electricidad durante las 24 horas al día, se propone sustituir el diésel por biodiesel, producido en tierra firme a partir de Jatropha o de palma aceitera.

Muchas gracias

Dr. Jorge M. Huacuz Villamar (huacuz@iie.org.mx)

M. Consolación Medrano Vaca (mcmv@iie.org.mx)