d20 guías para la energización de microemprendimientos

Grant agreement No. EIE/05/212/SI2.420249-

Intelligent Energy – Europe (IEE) COOPENER

Type 1 Actions

Acronismo CRECER CON ENERGIA

Título Vinculando microempresas y actividades generadoras de ingresos con servicios energéticos para la población en condiciones de pobreza del Chaco Sudamericano.

D20 Guías para la energización de microemprendimientos: Manual de capacitación

WP2: Estableciendo vínculos inter-sectoriales: capacitación y fortalecimiento

Fecha de Entrega

10/05/ 2008

Nombre y organización del resposable de este producto:

Wolfgang Lutz / AES

Fecha de iniciación del Proyecto

01 / 01 / 2006

Duración:

30 meses

Nombre y organización del coordinador:

Dr. Manuel Fuentes / IT Power

D20 Guías para la energización de microemprendimientos

Manual de capacitación

Revisión Final

Autores

Victorio Oxilia / ESENERG

Dr. Manuel Fuentes / IT Power

Wolfgang F. Lutz / AES Contribuciones de:

Pol Arranz-Piera / TTA

X PU Público

PP Restringido a otros participantes del proyecto (incluidos servicios de la EU)

RE Restringido a un grupo especificado por el consorcio (incluidos servicios de la EU)

CO Confidencial, solo para miembros del consorcio (incluidos servicios de los EU)

Disclaimer: Vinculando microempresas y actividades generadoras de ingresos con servicios energéticos para la población en condiciones de pobreza del Chaco Sudamericano.-CRECER CON ENERGIA recibe fondos del programa Intelligent Energy Europe (IEE) COOPENER bajo el contrato EIE/05/212/SI2.420249. El contenido de este documento solo compromete a su autor y no refleja necesariamente la opinión de las Comunidades Europeas. La Comisión Europea no es responsable de la utilización que se podrá dar a la información que figura en el mismo.

CRECER CON ENERGIA D20 – Manual de Capacitación página 3 of 53

Tabla de Contenidos PREFACIO: ............................................................................................................................................. 4

1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................ 5

1.1 ENERGIZACIÓN DE MICRO EMPRENDIMIENTOS EN EL CHACO BOLIVIANO Y PARAGUAYO - UN EJE ESTRATÉGICO PARA EL DESARROLLO ECONÓMICO Y SOCIAL SUSTENTABLE DEL CHACO BOLIVIANO Y PARAGUAYO .......................................................................................................................................... 5

2. PRESENTACIÓN DEL MATERIAL DIDÁCTICO ........................................................................... 8

2.1 PROPÓSITO.............................................................................................................................. 8 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................................... 8 2.3 RESULTADOS ESPERADOS ........................................................................................................ 8

3. ENTRADA DE DATOS ................................................................................................................... 9

3.1 ASPECTOS TECNOLÓGICOS DE LA UTILIZACIÓN DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES EN USOS PRODUCTIVOS: CRITERIOS DE SELECCIÓN DE OPCIONES .......................................................................... 9

3.1.1 Opciones tecnológicas....................................................................................................... 9 3.1.2 Recursos energéticos renovables ................................................................................... 15 3.1.3 Las necesidades eléctricas de los microempresarios ..................................................... 16

3.2 COSTOS DE LOS PROYECTOS DE ELECTRIFICACIÓN RURAL ........................................................ 17 3.2.1 Costos de algunos componentes: ................................................................................... 19

3.3 OTROS ASPECTOS ................................................................................................................. 19

4. HERRAMIENTA: ANALISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA.................................................. 20

4.1 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA............................................................................................... 21 4.2 COSTOS DURANTE EL CICLO DE VIDA ....................................................................................... 21 4.3 INDICADORES ECONÓMICOS.................................................................................................... 21

4.3.1 Actualización de un pago simple ..................................................................................... 21 4.3.2 Actualización de una serie uniforme................................................................................ 21

4.4 COSTO ANUALIZADO DEL CICLO DE VIDA ................................................................................. 22 4.4.1 Costo Anualizado del Ciclo de Vida (ALCC) ................................................................... 22 4.4.2 Costo energético nivelado ............................................................................................... 22

5. ANÁLISIS...................................................................................................................................... 24

5.1 OPCIONES TECNOLÓGICAS POTENCIALES................................................................................ 24 5.2 ANÁLISIS DE CARGA Y CONSUMO ............................................................................................ 24 5.3 COMPARACIÓN DE OPCIONES TECNOLÓGICAS ......................................................................... 28

5.3.1 Esquemas convencionales de electrificación rural.......................................................... 28 5.4 DEMANDAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE USOS PRODUCTIVOS Y FUENTES APROPIADAS ................ 29

6. SALIDAS....................................................................................................................................... 31

6.1 COSTO POR KWH Y CAPEX ..................................................................................................... 31 6.1.1 Definición de parámetros técnicos .................................................................................. 31 6.1.2 Algoritmos de cálculo....................................................................................................... 33

6.2 SELECCIÓN TECNOLOGICA FINAL ............................................................................................. 39 6.2.1 Que tecnologia usar?....................................................................................................... 39

ANEXOS................................................................................................................................................ 40

ANEXO 1: RECURSOS DE ENERGÍAS RENOVABLES EN BOLIVIA.............................................................. 41 ANEXO 2: RECURSOS DE ENERGÍAS RENOVABLES EN PARAGUAY ......................................................... 47

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Prefacio: CRECER CON ENERGIA es un proyecto financiado por el programa COOPENER de la Agencia Intelligent Energy–Europe (IEE) que vincula microempresas y actividades generadoras de ingresos con servicios energéticos para la población en condiciones de pobreza en una de las regiones más pobres de América Latina, la región Chaqueña en Paraguay y Bolivia. Para lograr este objetivo hay varias barreras que tienen que ser superadas y este proyecto se dirige a todas ellas. Se creará una plataforma de comunicación horizontal para estimular el diálogo entre todos los ministerios públicos de gobierno y las organizaciones involucradas en la electrificación rural y reducción de la pobreza. Se desarrollarán herramientas para capacitar a personal clave de los ministerios involucrados en la evaluación del impacto de servicios de energía en el desarrollo social y económico y se ayudará a tomadores de decisión a entender como los programas de energía pueden se diseñados para satisfacer sus metas sectoriales.

El proyecto ayudará a desarrollar políticas energéticas coordinadas con el fin de contribuir al cumplimiento de las Metas de Desarrollo del Milenio y Estrategias de Reducción de Pobreza. El proyecto fortalecerá los conocimientos en temas como energía para el desarrollo rural, financiamiento rural y micro-emprendimientos rurales de los gobiernos regionales y nacionales con un vasto y ambicioso programa de capacitación.

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Guías para la energización de micro-emprendimientos: Manual de capacitación

Introducción 1.1 Energización de micro emprendimientos en el Chaco boliviano y

paraguayo - un eje estratégico para el desarrollo económico y social sustentable del Chaco boliviano y paraguayo

La energización de las microempresas y de las actividades generadoras de ingresos en las áreas rurales participa fuertemente al cumplimiento de las metas de Desarrollo del Milenio y Estrategias de Reducción de la Pobreza.

El proyecto CRECER CON ENERGÍA, definió, en una primera etapa, el papel de la energía en las estrategias nacionales.

En su segunda etapa, se evaluó las solicitudes y definió las prioridades energéticas en los sectores de la provisión de agua, usos productivos y micro empresas por sector, desarrollando una Guía de la Energía para ayudar a la instauración de los servicios que responden a las necesidades y equipamientos de las instalaciones rurales.

El diagnóstico integral de necesidades es una tarea crucial para asegurar la efectividad de cualquier acción de electrificación rural. Es la razón por la cual se realizó, en primer lugar, de forma sistémica, ordenada y exhaustiva, como punto de partida del proceso de planificación de tales acciones.

Este análisis permitió identificar y caracterizar los usos productivos de mayor importancia en las regiones del Chaco boliviano y paraguayo: La agricultura en ambas regiones, la crianza de animales y el sector agropecuario específicamente en Bolivia, son las principales actividades generadoras de ingresos.

También se identificó varias barreras al desarrollo sustentable y al crecimiento económico del área. La degradación ambiental de los suelos, la falta de mercados estables, la pobreza y el bajo nivel de conocimiento técnicos de las poblaciones del Chaco son frenos al desarrollo de las actividades generadoras de ingresos con el servicio eléctrico.

Sin embargo, a pesar de estas dificultades, gracias a la energización de las actividades de los sectores agrícolas, comerciales y de artesanía se dan oportunidades de superar gran parte de estas dificultades y apoyar un desarrollo económico de la zona.

En este sentido, cualquier acción emprendida deberá tomar en cuenta estos aspectos:

la conveniencia de intercambiar las experiencias y lecciones aprendidas entre los dos países, tanto a nivel de los gobiernos como entre los agentes y comunidades locales;

la necesidad de contar con micro-financiamiento y fondos internacionales o nacionales;

la integración efectiva de las políticas sectoriales de energización y reducción de la pobreza, la consideración de la identidad cultural de los diversos grupos de la población chaqueña en la propuesta e implementación de proyectos de energización y promoción de actividades productivas.

En base a este análisis completo, el último trabajo desarrollado en el marco de esta tarea consiste en la identificación y la descripción de las soluciones energéticas adecuadas a dicha energización entre las diferentes posibilidades de utilización técnica de las fuentes de energía renovables, de la extensión de la red, de sistemas híbridos, etc. Eso constituye la Guía de la Energía, importante herramienta de apoyo a la instauración de los servicios energéticos prioritarios.



A continuación, la información se presentan estructurada en 4 secciones, como muestra la Figura 1: entrada de datos, herramientas, análisis de datos y resultados finales o salidas.



SALIDASENTRADAS

Comparar Opciones

Tecnologicas

Analisis no-tecnico

Costo por kWh and Capex

Seleccion Tecnologica Final

Costos

Necesidades Energeticas

Opciones Tecnológicas

Recursos Naturales

OTROS

LCC

HERRAMIENTAS ANALISIS

Analisis de carga

Opciones tecnologicas Potenciales

Figura 1. Estructura de las guías energéticas para usos productivos



Presentación del Material Didáctico Este Manual de Capacitación refleja varios trabajos realizados en el marco de las componentes Guías para la Energización de Micro-emprendimientos, Desarrollo de una Herramienta de Planificación Eléctrica y Microfinanciación de servicios energéticos y de micro-emprendimientos del Proyecto Crecer con Energía.

Proponemos en este Manual una metodología de selección de tecnologías de electrificación rural en base de los recursos energéticos renovables disponibles en el ámbito local, y fundamentada en las características de demanda y socio-económicos de la región del Chaco.

Las opciones tecnológicas y las necesidades eléctricas presentadas en este Manual, se complementan con perfiles de usos productivos representativos, soluciones tecnológicas y su costo, presentados en el Catálogo de Soluciones Tecnológicas para Electrificación Descentralizada.

Los resultados del análisis sirven como datos de entrada para la Herramienta para la Planificación de la Electrificación Rural Descentralizada (véase “CCE D21 WP6 Instrumento integrado para la planificación de la electrificación rural-Manual de capacitación”).

1.2 Propósito Contribuir a la realización de estudios detallados que involucren revisión de datos para la toma de decisiones relativas al diseño del ciclo del proyecto, incluyendo los indicadores de seguimiento y el cálculo de la opción de menor costo que permita alcanzar el objetivo de energización de micro emprendimientos rurales en comunidades rurales del Chaco.

1.3 Objetivos específicos � Presentar y discutir una metodología de selección de tecnologías de electrificación rural

que responda a las necesidades y la disponibilidad local de recursos energéticos, de necesidades y disponibilidad financiera para los diseñadores de programas de electrificación rural, las instituciones de microfinanciación y los microempresarios.

� Facilitar el aprendizaje de métodos y técnicas de análisis, tomando en consideración los recursos energéticos disponibles, las características de los microemprendimientos y otros factores, con vistas a:

o evaluar las necesidades energéticas locales de distintos tipos de microemprendimientos y

o seleccionar las opciones tecnológicas apropiadas para cada caso, con base en criterios económicos y sociales.

1.4 Resultados esperados Grupos meta con elementos conceptuales básicos para diseñar un plan de acción con miras a la implementación de proyectos de energización de micro emprendimientos rurales.

Nota: Esta guía puede ser usada por los actores sociales más importantes de los procesos de electrificación rural y reducción de la pobreza, ya que mostrará una metodología para la elección de opciones tecnológicas con sus potenciales usos en aplicaciones productivas que sirven como un vector para el desarrollo rural.



Entrada de Datos 1.5 Aspectos tecnológicos de la utilización de las energías renovables en usos

productivos: criterios de selección de opciones Esta sección de la guía se dedica a la entrada de los datos imprescindibles para la obtención de los resultados esperados, que corresponde a la primera columna del esquema presentado en la Figura 1.

1.5.1 Opciones tecnológicas

La opción de energía moderna preferida para servicios energéticos rurales es frecuentemente la electricidad de red con 24 horas al día de disponibilidad. Sin embargo, el acceso a la red es limitado. La calidad de la potencia de la red también es variable, dependiendo de condiciones geográficas.

Donde no se dispone fácilmente de electricidad de red, se deben explorar otras fuentes de producción de electricidad. Las principales opciones disponibles generalmente son: generadores diesel, pequeñas centrales hidroeléctricas, sistemas eólicos, centrales térmicas a biomasa (en cualquiera de sus formas), electrificación solar (típicamente autónoma). En casi todos los casos citados (a excepción de la electrificación solar, que son generalmente sistemas individuales), se pueden tener sistemas aislados o micro o mini redes eléctricas.

A continuación se presentarán brevemente las características técnicas de algunas de las opciones tecnológicas más comunes para los sistemas eléctricos aislados o autónomos. Esta breve presentación se complementa con la que consta en el Catálogo de Soluciones Tecnológicas para Electrificación Descentralizada, en el que se presentan aplicaciones típicas de tecnologías de ER, incluso sistemas híbridos (que combinan al menos dos opciones tecnológicas) y combinaciones con micro y miniredes de distribución. Esto porque los sistemas eléctricos autónomos pueden servir sistemas individuales (generalmente un usuario en particular), o bien pequeñas localidades, donde – en ciertas condiciones favorables – se podrían extender pequeñas redes para aprovechar un recurso local.

a) Descripción general de los sistemas eléctricos autónomos

De forma general, un sistema eléctrico autónomo está constituido por componentes que producen, almacenan, convierten y/o rectifican y entregan electricidad a las cargas. Así, se tienen las siguientes cuatro categorías, que pueden o no estar presentes en su totalidad en todos los sistemas:

� Generación de energía: que se refiere a la conversión de alguna forma de energía primaria o vector energético en electricidad.

� Almacenamiento de energía: que se refiere al almacenamiento de energía y su entrega en el momento que es necesario hacerlo (el más frecuento tipo de almacenamiento de energía en un sistema autónomo de energía es la batería o acumulador).

� Conversión de energía (con base en el comportamiento de la corriente eléctrica): que se refiere a la conversión entre corriente alterna (CA) y corriente continua (CC).

� Balance de los sistemas (BOS, de las siglas en inglés): que se refiere a los demás componentes que se refieren a los sistemas y a los componentes de protección.

No obstante, debe llevarse en cuenta que el esquema básico de un sistema eléctrico autónomo supone la producción de la forma más noble – o más organizada - de energía (una forma de energía que tiene la mayor variedad de usos), que es la electricidad, vinculada a un servicio energético, a un uso final bien definido que facilita o colabora con las actividades humanas. Sin embargo, debe aclararse también que un sistema energético autónomo (como debería ser enfocado este tipo de sistema) no significa necesariamente la producción de electricidad para atender todos los servicios energéticos; la producción de calor, por ejemplo, que es la forma menos organizada de energía, es más conveniente – desde el punto de vista exergético – utilizarlo de manera directa. Es un contrasentido, por ejemplo, utilizar energía eléctrica producida a partir de la conversión de calor, con fines predominantemente resistivos (disipación de calor). Puede ser



confortable (hasta natural este uso, en algunos casos), pero no se basa en un manejo racional de las formas de energía.

Sistemas Fotovoltaicos

Los sistemas fotovoltaicos convierten directamente la radiación solar en corriente continua. Tienen como base de funcionamiento el efecto fotoeléctrico en algunos materiales (la conversión de un electrón atómico en electrón libre por medio de la acción de fotones). Son conjuntos que presentan ciertas ventajas, puesto que tienen una larga vida útil (siguiendo instrucciones de uso) y un costo bajo de mantenimiento. Sin embargo, tienen varias limitaciones: altos costos de capital, las cargas deben ser generalmente de baja potencia o de alta eficiencia de consumo de energía (generalmente equipos también de elevado costo) y la producción de los módulos fotovoltaicos puede estar afectando negativamente el medio ambiente (la producción de algunas partes de los módulos es electrointensiva y están embutidos problemas ambientales, puesto que en muchos países productores de esos componentes o partes la energía eléctrica NO es limpia).

Construcción de los módulos

Los módulos fotovoltaicos (FV o PV, utilizando las siglas en inglés) consiste en celdas fotovoltaicas individuales conectadas y arregladas convenientemente para producir una corriente y un voltaje deseados. Las celdas son usualmente encapsuladas en un material transparente a la luz solar (que actúa también como protector) y ensambladas en un marco de aluminio (metal resistente a la corrosión en la intemperie). Las garantías de los fabricantes pueden llegar hasta 20 años.

Los fabricantes utilizan varias tipos de materiales, que son generalmente clasificados como monocristalinos, policristalinos, filmes finos y amorfos. Estos últimos materiales son de menor costo, pero son también menos eficientes. Existen también algunas discusiones sobre su conveniencia en climas tropicales (condiciones peculiares de temperatura y humedad).

Caracterización del desempeño de un módulo FV (PV)

Los módulos PV son identificados en termos de vatios-pico o watts-pico (Wp). Este esquema facilita la comparación de módulos y precios, con base en el costo por Wp. Esta identificación es una indicación de la cantidad de potencia que un determinado módulo puede producir en condiciones estándares de referencia (1 kW/m2, 20º C de temperatura del módulo), que aproximadamente corresponde a la radiación solar en un día claro de verano, cerca del mediodía. Así, por ejemplo, un módulo de 50 Wp puede producir 50 W cuando la insolación del módulo es 1 kW/m2 y la temperatura es la indicada arriba. De manera aproximada, la salida de potencia es proporcional a la insolación, con lo cual el módulo puede producir 25 W cuando la insolación es de 500 W/m2. La producción de energía de un módulo puede ser determinada considerando valores medios de insolación, que son típicamente del orden de 4 a 7 kWh/m2/día, lo cual equivale a decir que se tienen, en promedio, 4 a 7 horas de radiación solar equivalente a la considerada en la determinación de la capacidad del módulo en Wp. El valor resultante de ese cálculo debe ser ajustado en un 10 a 20%, debido a los efectos de temperatura y de las pérdidas en el resto del sistema (baterías, alimentadores, etc.).

Operación del módulo FV

La energía de los módulos puede ser utilizada directa o indirectamente por las cargas. La mayor parte de ellos son diseñados para cargar bancos de acumuladores en 12 voltios (V), pero pueden ser utilizados sistemas con voltajes superiores (24, 48, 120 o 240). Los sistemas que utilizan directamente la energía producida por los módulos (un caso típico es el de la bomba de agua solar) son más eficientes y de menor costo.

Existen actualmente módulos de hasta 100 Wp, pero se esperan módulos con capacidad superior en el futuro próximo. Los módulos pueden ser conectados en serie (para incrementar corriente) o en paralelo (para aumento de voltaje o tensión). Los módulos pueden montarse en estructuras fijas o móviles (estas últimas se adaptan mejor a los cambios por el recorrido del sol, pero son mucho más costosas que las estructuras fijas).

Generadores eólicos

Los aerogeneradores o generadores/turbinas eólicas convierten la energía del viento en energía mecánica o eléctrica. Estos generadores necesitan de mayores inversiones en mantenimiento que



las instalaciones fotovoltaicas, pero con vientos moderados (con velocidad media de 4,5 m/s o más) y con ciertas condiciones favorables, pueden producir más energía que instalaciones fotovoltaicas con capacidades similares. Existen diversas capacidades de turbinas eólicas en el mercado y son variadas las combinaciones que pueden realizarse. De manera general, las pequeñas turbinas eólicas son aquellas de hasta 10 kW.

Componentes de una turbina eólica

La parte más visible se compone básicamente de las palas (dos o más), la góndola y la torre. Las palas captan y transfieren la energía del viento al generador por medio de un rotor vinculado con un sistema mecánico/electrónico (multiplicador y controlador electrónico) de ajuste de los parámetros del movimiento rotacional (algunos aerogeneradores no poseen caja multiplicadora; en estos casos, el eje del rotor está en el mismo eje del generador). Estos equipos están contenidos en la góndola. Generalmente la producción de electricidad se lleva a cabo en corriente alterna. Existen mecanismos (sistemas de orientación) que permiten que las instalaciones acompañen la dirección de los vientos. Una torre sustenta el sistema de generación.

Caracterización del desempeño de una turbina eólica

El desempeño de una turbina eólica relaciona su potencia de salida con una distribución de la velocidad del viento (que varía con la altura). Existe una velocidad de arranque (cut-in speed), que es la velocidad mínima para producir energía eléctrica. En pequeñas turbinas esa velocidad es del orden de 3 a 4 m/s. Después de esa velocidad, la potencia y la producción de energía se incrementan rápidamente (la producción de energía depende del cubo de la velocidad del viento). Se alcanza así la potencia pico de la turbina. Después de la potencia pico, en caso de incrementarse la velocidad del viento, se tiene una velocidad de salida del equipo (cut-out speed), que protege el equipo de rotaciones con velocidades muy elevadas. La mayor parte de las pequeñas turbinas alcanza su potencia pico a los 12-15 m/s de velocidad del viento; y la velocidad de salida está en el rango de 15 a 18 m/s.

Existen sistemas que permiten que las palas puedan girar sobre sí mismas en el buje, lo cual permite que paren de transferir energía al resto del sistema. La transferencia de energía en los equipos más modernos es controlada, para permitir mejor aprovechamiento de la energía del viento evitando daños en los componentes del sistema.

Microcentrales hidroeléctricas

Las microcentrales hidroeléctricas (instalaciones con capacidad de hasta 100 kW1 y con pequeñas superficies de áreas inundadas) convierten la energía cinética del movimiento o de la caída de agua en electricidad. Estas instalaciones pueden requerir mayores obras civiles que las demás tecnologías renovables. Sin embargo, en sitios apropiados, estas centrales pueden ser, con base en un análisis de costo del ciclo de vida, la mejor opción.

El recurso hídrico de una central hidroeléctrica puede depende de comportamientos climáticos extremos y estacionales, tales como sequías y formación de hieleras. No obstante, a diferencia de los sistemas fotovoltaicos o eólicos, una micro-central hidroeléctrica puede producir energía eléctrica de manera continua, razón por la cual una pequeña instalación puede llegar a producir grandes cantidades de energía, realizando una comparación con otras tecnologías. Un sistema de 125 W de capacidad puede llegar a producir cerca de 3 kWh por día.

Componentes

Los componentes de una micro-central hidroeléctrica incluyen las obras civiles, tubería de presión, turbina, generador y mecanismos de control. Las obras civiles consisten generalmente en pequeños diques, cámara de captación y regulación de agua, boca-toma y canal de aducción, conducto de agua que desvía o dirige el agua del curso de agua a la tubería de presión. El agua pasa entonces por una turbina, cuyo diseño depende de la caída y del flujo de agua en el sitio (ver Figura 2).

Los tipos de turbinas más utilizados en sistemas con capacidad mínima de 0,1 kW son:

1 Algunos autores incluyen en esta categoría de centrales microhidroeléctricas a las instalaciones de hasta 1 MW. Autores como Tolmasquim (2003:190) incluye en el rango hasta 1 MW las mini y las microcentrales hidroeléctricas. La clasificación más común es: microhidroeléctricas: hasta 100 kW, minihidroeléctricas: 100 kW - 1 MW, pequeñas hidroeléctricas: 1 MW - 10(25) MW.



Turbina Francis (en homenaje al ingeniero James B. Francis). Esta turbina de reacción es la más utilizada con presiones de agua, o alturas de caída, equivalentes a una columna de agua de 10 a 100 m. Es utilizada en caídas y flujos intermediarios de agua. Funciona debido a la expansión del agua mientras fluye a través de los espacios entre las palas, lo que produce una fuerza neta, o reacción, con una componente tangencial que pone la rueda en movimiento.

Turbina Pelton (nombre proveniente del ingeniero estadounidense Lester Allen Pelton). Se utiliza en instalaciones donde la presión del agua es equivalente a una columna de agua de entre 90 y 900 m. Altas caídas y bajos flujos de agua. En estas turbinas, el agua es conducida desde un depósito a gran altura, generalmente por medio de una tubería forzada, hasta una boca eyectora que convierte la energía cinética del agua en un chorro a presión. Como la turbina depende del impulso del chorro sobre ella, en lugar de la reacción del agua en expansión, este tipo de turbina se denomina también turbina de acción.

Turbina Kaplan (en homenaje al ingeniero austriaco V. Kaplan). Son turbinas axiales que se utilizan con caídas de agua pequeñas (típicamente, entre 3 a 9 m). Kaplan planteó una turbina de hélice, que actúa al contrario que la hélice de un barco. La turbina fue mejorada, permitiendo que las palas pudiesen pivotar sobre su eje. Los distintos ángulos de las palas aumentaban el rendimiento ajustando el ángulo al flujo del agua. En estas turbinas, el flujo del agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras.

Existen otras turbinas, que son consideradas no convencionales, tales como las que se citan a continuación:

Turbina Michell-Banki (diseñada por el ingeniero australiano Michell y después por el mejorada por el profesor húngaro Banki). Se refiere a una turbina de acción de flujo transversal, de admisión parcial y de doble efecto, que posee como elementos principales un inyector o tobera, que regula y orienta el flujo de agua que ingresa a la turbina. Posee también un rodete que genera potencia al eje de la turbina al recibir el impulso del flujo de agua que circula por ella. Este tipo de turbinas se utiliza de manera substitutiva de la turbina Francis o de la Pelton. Su campo de aplicación se extiende en caídas de 3 a 100 metros y pequeños flujos de agua. Existen variaciones de esta turbina, como la turbina de flujo partido2.

Figura 2. Esquema de una microcentral hidroeléctrica (Fuente: GEA/UTFSM)3

2 TOLMASQUIM, Mauricio T. (org.). Fontes Renováveis de Energia no Brasil. Rio de janeiro: Cenergia (COPPE/UFRJ) y Edit. Interciência, 2003, p. 171. 3 Generación de Energías Alternativas – Universidad Técnica Federico Santa María (Chile). Microcentrales Hidroeléctricas.



Turbina Turgo. Se trata de una máquina de acción inspirada en la turbina Pelton. Se diferencia de ésta por el ángulo de incidencia del chorro de agua. En la turbina Pelton el chorro es tangencial; en la turbina Turgo, el chorro es lateral. Las Turbinas Turgo son muy características en las microcentrales hidroeléctricas. Tienen un rango de caída entre 15 a 100 m, flujos de 0,01 0,1 m3/s y potencias del orden de 0,1 a 100 kW.

Turbina Shiele. Es una turbina de reacción de rotor abierto. Opera sumergida, abajo del nivel de aguas abajo. Su campo de aplicación enfoca caídas de 1 a 10 m y flujos de 0,095 a 1,7 m3/s. Son también muy utilizadas en microcentrales hidroeléctricas.

Cabe destacar que existen otros tipos de turbinas, inclusive bombas de agua que pueden ser utilizadas como turbinas. Para ver mayores detalles sobre este tipo de equipos se recomienda la consulta a material especializado.

Generadores a Diesel, Gas o Biocombustibles

Estos generadores consisten básicamente en motores que mueven generadores eléctricos. Los motores pueden funcionar con diversos combustibles: diesel, gasolinas, etanol, gas licuado de petróleo, gas natural o biocombustibles. Poseen la ventaja de proveer energía sin necesidad de baterías. En comparación con los módulos fotovoltaicos y areogeneradores los generadores tienen un bajo costo de capital (500 a 1000 US$/kW4), pero costos de operación relativamente altos (el costo total de generación se encuentra entre 150 a 200 US$/MWh). Como ejemplo, se tienen generadores diesel en tamaños desde valores inclusive inferiores a 2,5 kW a más de 1 MW. Existen generadores a gasolina que son un poco menores.

Los generadores eléctricos pueden operar con una demanda de elevado factor de carga (superior a 60%). Para factores de carga muy bajos se puede tener costos superiores de mantenimiento.

Una gran ventaja que pueden presentar estos generadores es la versatilidad de los combustibles y podría proveer soluciones muy interesantes en regiones donde se produzcan biocombustibles, muy vinculados al agronegocio y a la producción rural. No obstante, deben tenerse ciertos cuidados en la formulación de las políticas de desarrollo de biocombustibles, pues deben mitigarse los efectos en el sector alimentos, mucho más sensible que el de energía. Además, debe buscarse que se repita el mismo problema de concentración de renta que se da en el sector de combustibles fósiles.

La Biomasa y las formas de energía

El vocablo “biomasa” abarca toda la materia orgánica (sea de origen vegetal o animal) incluyendo los materiales procedentes de la transformación natural o artificial de dicha materia. Así, la energía de la biomasa se puede obtener de los materiales que se citan a continuación:

� Bosques energéticos, que son plantas utilizadas, por ejemplo, para la producción de calor. Los bosques de eucalipto son un ejemplo.

� Residuos agroforestales, que proceden de diversas fuentes, tales como: a) residuos forestales (provenientes de la limpiezas y podas y materiales de desecho de los aserraderos); b) residuos agrícolas (bagazo de la caña de azúcar, cascarilla de arroz, de coco, restos de cereales, residuos de aceituna, cáscara de frutos secos, etc.); c) ganaderos (estiércol de diversos animales, generalmente los confinados); d) lodos de depuración de aguas residuales; y e) emisiones de gas de vertederos controlados (biogás).

� La transformación química o biológica de determinadas especies vegetales o de los aceites vegetales o grasas animales usados para la obtención de biocombustibles (principalmente etanol y biodiesel) empleados como aditivos o substitutos de las gasolinas y del diesel de origen fósil.

La gran variedad de materiales de la biomasa permite diversas aplicaciones, que varían según el tratamiento previo al que se la someta: refino (para homogenizar las características del material empleado), fermentación, pirolisis, gasificación, esterificación, etc.

La forma más sencilla – históricamente la más antigua - de utilización de la biomasa es como combustible en los hogares. Pero también puede alimentar calderas para calefacción de centros

Disponible en: www.gea.usm.cl. Acceso en: 5 de octubre de 2007. 4 Universidad Estadual de Campinas (Brasil), Núcleo de Estúdios de Sistemas Térmicos.



públicos o comunidades de vecinos, o destinarse a usos industriales en secaderos, calderas y olerías.

Con la biomasa también se puede producir electricidad, para lo cual se utilizan básicamente tres vías:

Producción de biogas. Se produce básicamente metano, a partir de la fermentación natural de determinados materiales (por ejemplo, las basuras de un vertedero). El gas es canalizado hasta una central térmica próxima, donde se transforma en energía eléctrica.

Gasificación. Producción de una mezcla de gases por medio de un proceso químico de conversión de la biomasa con altas temperaturas y escaso contenido de oxígeno. La mezcla producida de CO, hidrógeno y metano puede ser utilizada como combustible. Es un proceso bastante complejo y de difícil mantenimiento.

Combustión. Consiste en quemar materiales leñosos, paja o cultivos energéticos, como el cardo, en parrillas o por el sistema de lechos fluidos (según la materia prima utilizada, es más apropiada una u otra tecnología). En cualquier caso, el proceso consiste en una combustión integrada en un ciclo de vapor. Con la tecnología actual, se obtienen rendimientos que pueden llegar al 30%, y potencias de generación eléctrica de hasta 50 MW.

b) Componentes de sistemas eléctricos autónomos (principalmente sistemas fotovoltaicos y eólicos)

Baterías

Las baterías son equipos que almacenan energía en la forma química. En los sistemas, la energía puede ser almacenada para su posterior consumo, incrementando así la disponibilidad y la eficiencia de los sistemas. El tipo más común es la de plomo y ácido, que será presentada con cierto detalle abajo. Un segundo tipo de baterías es la de níquel-cadmio.

Consideraciones para la selección de baterías

Ciclo de alta profundidad versus Ciclo de baja profundidad

Algunas baterías, conocidas como baterías “deep-cycle” pueden aguantar ciclos diarios de descarga y recarga con mayor profundidad de descarga, sin sufrir daños como otros tipos de baterías. Obviamente, para aplicaciones en lugares remotos este tipo de baterías es el recomendado. Están diseñadas para llegar, en las descargas, a niveles de 20 a 50% de la carga nominal. Las baterías “shallow-cycle”, como las usadas en los automóviles, son usadas frecuentemente en pequeños sistemas fotovoltaicos por su disponibilidad en cualquier lugar y por su reducido costo inicial, pero tienen una vida útil mucho menor y no pueden sufrir descargas profundas.

Baterías de placas sumergidas (convencionales) versus Baterías reguladas a válvula

Las placas de las baterías convencionales están inmersas en un líquido electrolítico y necesitan recargas de agua de manera periódica. En las baterías reguladas a válvula no se necesitan estas recargas. Las primeras son de menor costo inicial que las reguladas a válvula y pueden resistir condiciones extremas de operación. Con un mantenimiento adecuado pueden tener una vida útil larga. Por otro lado, donde se hace difícil el mantenimiento, las baterías reguladas a válvula pueden ser la mejor opción.

Vida útil

La vida de una batería generalmente depende predominantemente de su uso. Aunque no sea utilizada una batería fallará después de su vida útil, que pude ser entre 3 a 8 años. Temperaturas muy elevadas afectan y reducen la vida útil de las baterías.

Tamaños

La capacidad de almacenamiento de una batería es dada comúnmente en amperios-hora a una dada tasa de descarga. Cuando es multiplicada por el voltaje nominal (normalmente 12 V) se tiene la capacidad de almacenamiento de la batería en kWh. Esta capacidad no es una cantidad fija, depende de la tasa de descarga de la batería. Una batería puede proveer efectivamente mayor cantidad de energía si se descarga lentamente. A efectos de comparación: la mayor parte de las baterías tienen un tiempo de descarga del orden de 20 a 100 horas. Las baterías utilizadas en



sistemas de energías renovables son generalmente de 50 A-h y de 12 V a miles de A-h y de 2 V (del orden de 0,5 kWh a varios kWh).

Inversores

Los inversores convierten corriente continua – tipo de corriente de salida de módulos fotovoltaicos, baterías y la mayor parte de las pequeñas turbinas eólicas – a corriente alterna. La mayoría de los equipos eléctricos funcionan con corriente alterna, corriente que tiene la forma de una onda sinusoidal. Las salidas de un inversor pueden tener otros tipos de forma de onda (onda cuadrada o sinusoidales modificadas). Como producir una onda sinusoidal pura tiene un costo elevado, generalmente, la mejor opción constituye la producción de ondas cuadradas modificadas. La identificación o clasificación del tamaño de un inversor refleja la máxima capacidad de salida de potencia durante un período relativamente extenso de operación. Muchos inversores especifican la capacidad de poner a disposición en un breve lapso de tiempo para, por ejemplo, dar arranque en un motor.

Balance de Sistemas (BoS)

Controladores

Controladores y medidores actúan como cerebros y sistemas nerviosos de un sistema de energías renovables o híbrido. En sistemas simples, los controladores ayudar al usuario a proteger la batería por medio de una regulación automática contra la sobrecarga y la sobre descarga.

Los medidores son importantes también, pues ayudar a acompañar el desempeño y operar dentro de estándares recomendados.

Los sistemas complejos pueden tener las funciones de medición y control en diferentes componentes.

Sin duda, un aspecto fundamental en todos estos sistemas es la protección contra la descargas atmosféricas.

Objetivos y funciones del Controlador

Las funciones del controlador incluyen lo siguiente:

– Protección del sistema: un controlador puede incluir los fusibles y otros dispositivos de interrupción de circuitos eléctricos que protejan el sistema contra corto-circuitos.

– Regulación de cargas: un controlador con un algoritmo apropiado para proteger la batería o bien dispositivos de desconexión que protegen la batería contra sobrecargas.

– Desconexión de bajo-voltaje: protege la batería contra sobre descargas. – Monitoreo de sistemas: el seguimiento de corrientes de sistemas y tensiones permite al

usuario la verificación sobre la operación apropiada del sistema. – Control de componentes: el controlador puede ser programado para conectar/desconectar

componentes conforme las necesidades, sin la intervención del usuario. Para sistemas con exceso de energía, pueden preverse sistemas de disipación de energía por medio de producción de calor por dispositivos resistivos.

El BoS también incluye elementos tales como el cableado e interruptores y conductos.

Uso de la fuente en CC

Muchos fabricantes ofrecen en la actualidad fuentes en CC. Éstas combinan mucho del cableado del sistema, fusibles y controladores en un conjunto fácil de instalar. El uso de estas fuentes incrementa los costos del sistema, pero facilita la instalación, haciéndola menos compleja en cuanto a cableado. Colabora también para un mejor seguimiento y control del sistema. Una fuente puede ser especialmente considerada en sitios remotos, en los que exista difícil acceso a la asistencia técnica. La inversión inicial es compensada por la reducción en costos de mantenimiento.

1.5.2 Recursos energéticos renovables5

La evaluación y consideración de los recursos naturales disponibles es central a la producción de electricidad con sistemas de energías renovables.

5 Ver D12 Guía Energética y Anexos 1 y 2.



Por ejemplo, la disponibilidad de recursos eólicos y solares influye bastante; tanto en la configuración como en el costo de un sistema de energía renovable. Un buen recurso eólico favorecerá el uso de turbinas eólicas, mientras que un buen recurso solar favorecerá el uso de sistemas fotovoltaicos. Por otra parte, el acceso al recurso hidro o la disponibilidad de biomasa hará, en principio, que la opción tecnológica final6 se oriente hacia mini o micro-hidros o hacia tecnologías de biomasa.

No obstante, debe advertirse que la sola existencia de un recurso no indica de manera absoluta la conveniencia de usarlo. Es necesario considerar la capacidad de acceso y de utilización de la tecnología disponible para la conversión de energía y, sobre todo, el impacto social y ambiental que tiene la extracción y/o uso de un recurso disponible.

Si bien de manera histórica los sistemas solares han tenido una relativa difusión en sistemas individuales y dispersos, no siempre han sido las soluciones más adecuadas y convenientes para una comunidad o una región. Los programas/proyectos de biocombustibles o agrocombustibles (aceites vegetales, etanol y biodiesel) deben ser considerados con especial atención en los países que poseen grandes áreas aprovechables para el aprovechamiento de plantas oleaginosas o de alto contenido de carbohidratos.

En el marco del proyecto CCE se ha realizado una presentación de los recursos en el chaco sudamericano, en particular, en Bolivia y Paraguay. Esta presentación se encuentra en los Anexos 1 y 2 de este Manual.

En términos generales, las reseñas de los recursos energéticos renovables, indican:

Para el Chaco boliviano:

� Existe en toda la región un potencial energético solar excelente, con valores de radiación promedios de alrededor de 5 kWh/m2/día (18 MJ/m2/día).

� El potencial de aprovechamiento económico de energía hidráulica con micro centrales hidroeléctricas se concentra en las áreas cerca de la cordillera.

� Aunque existen solamente datos puntuales de medición de viento, es probable que los promedios anuales de velocidad de viento en el Chaco boliviano sean alrededor de 5 m/s.

Para el Chaco paraguayo:

� Existe en toda la región un recurso solar interesante, uniforme y con valores de radiación excelentes (16,2 - 18,2 MJ/m2/día en promedio anual)

� Existen, en las zonas noroeste y sureste del Chaco paraguayo, buenos promedios anuales de velocidad de viento (4 a 6 m/s), resultando en un potencial interesante para soluciones híbridas solar - eólica.

� El potencial de aprovechamiento de energía hidráulica a través de microturbinas - todavía no cuantificado - se concentra en los afluentes de los grandes ríos, sobre todo en la región este del país.

� Existen potenciales de aprovechamiento energético de biomasa, tradicionalmente leña, carbón vegetal y desechos de cosecha; en la actualidad también biocombustibles producidos de caña de azúcar (alcohol), soja y otras materias primas vegetales o grasa animal (biodiesel).

1.5.3 Las necesidades eléctricas de los microempresarios

El acceso a la electricidad para las microempresas en áreas no conectadas a la red es en general de alta importancia para el establecimiento y crecimiento de esos comercios. La electricidad puede tener efectos positivos en los siguientes ítems:

Horas de Operación

Los sistemas de energía renovable pueden proveer de iluminación para permitir a los microemprendedores extender su día de trabajo y generar más ingreso. Las linternas móviles solares hacen posible que los vendedores callejeros extiendan sus horas de venta hasta la noche. Los talleres de costura usan electricidad para extender su horario e incrementar la producción.

6 Ver D14: Catálogo de Soluciones Tecnológicas para Electrificación Descentralizada.



Condiciones de Trabajo

La energía eléctrica de los sistemas de energía renovables puede ofrecer servicios más seguros que la de las tecnologías energéticas tradicionales. Una lámpara eléctrica fluorescente para iluminar un área o la iluminación para tareas particulares tales como costura, lectura, o escritura puede ser considerablemente más fácil de usar que una mecha de kerosén o una lámpara de gas presurizado, eliminando el temor a un accidente o daño al ambiente hogareños causado por humo u hollín.

Atracción al Consumidor

En áreas rurales no electrificadas, las luces eléctricas, ventiladores, radio o televisión puede atraer a la gente, futuros clientes. Aquellas microempresas capaces de acceder a la energía para proveer de un ambiente más conducente a la congregación puede lucrar con el contacto directo con los clientes.

Mecanización/Automatización

La electricidad para hacer funcionar el motor de una máquina de coser o un molino de granos puede transformar una actividad de subsistencia manual en una empresa generadora de ingresos, o ayudar a transformar una empresa apenas viable en una más sustentable. La producción uniforme y la calidad más elevada pueden llevar a un precio más elevado, especialmente en los mercados de exportación.

Los productos consistentes también sirven para establecer una clientela regular.

Preservación de productos

La electricidad puede ayudar a las microempresas a preservar productos para exportar o para la venta minorista. Las pequeñas tiendas rurales pueden expandir su inventario al adicionar ítems que necesiten refrigeración. Las máquinas de hacer hielo propulsadas con ER pueden asistir a las industrias tales como la pesca y la verdulería. El secado de la cosecha, con pequeños ventiladores eléctricos que circulen el aire alrededor de una superficie calentada, también puede ser utilizado para preservar cosechas para la exportación.

Comunicaciones

Los teléfonos celulares operados con ER pueden permitir a los micro-emprendedores investigar las condiciones del mercado en la ciudad antes de decidir si enviar su producto allí, y cuándo enviarlo.

Educación

Para muchos niños, especialmente las niñas, la falta de electricidad se traduce en una oportunidad perdida para asistir a la escuela. En cambio, se necesita su trabajo para tareas tales como buscar agua y gasolina durante las horas del día. La electricidad puede reducir el esfuerzo de estas tareas menores y proveer de electricidad para clases nocturnas.

Estos factores son tenidos en cuenta durante la etapa de análisis.

En lo que respecta a las necesidades eléctricas de los microempresarios, el Catálogo de Soluciones Tecnológicas para Electrificación Descentralizada incluye datos sobre las cargas y consumos típicos en algunos micro-emprendimientos. Se proponen, inclusive, algunas soluciones tecnológicas típicas, que servirán de entrada de datos para la Herramienta de Planificación de Electrificación (descripta en el CCE D21 WP6 Instrumento integrado para la planificación de la electrificación rural-Manual de capacitación).

1.6 Costos de los proyectos de electrificación rural

Hay un rango considerable de combustibles y tecnologías energéticas que ya se están usando para la entrega de servicios de energía. En varios casos, es necesario elegir entre dos o más tecnologías para una aplicación particular. Al realizar estas elecciones es necesario considerar una serie de temas que incluyen costos de capital y de O&M, así como también temas técnicos, ambientales, operacionales, institucionales.

Los costos de capital y de O&M son, sin embargo, factores clave en el proceso de decisión. De particular importancia es la forma en que estos costos de capital y de O&M pueden cambiar de



una tecnología a otra, dependiendo de la cantidad de energía utilizada y de la distancia de puntos de provisión existentes (especialmente en el caso de electricidad en red).

Algunas consideraciones a ser tenidas en cuenta son:

o Los sistemas con costos elevados de O&M, a menudo sólo proveen energía por un limitado número de horas por día (por ejemplo, 3 horas, de 7 pm a 10 pm). La energía de una mini red suele tener un costo significativamente más alto que la energía de red convencional;

o Los sistemas eólicos y solares son de bajo factor de utilización y en muchas ocasiones se utilizan sistemas híbridos (se los vincula con grupos electrógenos) para complementarlos;

o Los sistemas hidroeléctricos y térmicos (dependientes de la biomasa) pueden tener una fuerte vinculación con fenómenos estacionales (cosecha de productos agrícolas, régimen de lluvias etc.);

o Los costos de O&M de un generador diesel son muy elevados y con tendencia creciente, pues dependen directamente de los costos del petróleo o de los alimentos (en el caso de los agrocombustibles);

o Los costos de capital de los sistemas solares son altos, y su uso está, por lo tanto, limitado a los servicios esenciales solamente (por ejemplo, iluminación, comunicaciones, tecnologías de la información y, con menos frecuencia, refrigeración), y

o En los análisis de opciones tecnológicas, desde el punto de vista ambiental, cada vez son más usuales las evaluaciones o análisis del ciclo de vida. Esto significa que no se debe tomar en cuenta sólo el impacto ambiental del uso de la tecnología en sí, sino también los efectos inherentes a los momentos anteriores al uso de estas (desde la extracción de las materias primas e insumos y la fabricación7) hasta los momentos posteriores al uso (el depósito de los residuos)8.

De cada una de las planillas de cálculo de la HPE se puede inferir una hipótesis referente a costos y a O&M. No obstante, a continuación, se presentan algunas consideraciones sobre costos de referencia de las diferentes tecnologías:

Sistemas Fotovoltaicos. Los costos de los módulos son determinantes para los costos de capital de una instalación FV. Aunque estos costos han disminuido en las últimas dos décadas continúan siendo elevados. Los precios al por menor en 1998 eran del orden de 5500 US$/kWp (en grandes cantidades estos costos caían a 4000 US$). Actualmente, los costos totales pueden llegar entre 1000 a 1500 US$/kWp, sin considerar los costos en equipos de uso final de energía. A pesar de los elevados costos, estos sistemas pueden ser interesantes en lugares aislados y con requerimientos de bajos niveles de carga.

El mantenimiento de los módulos en si es bajo, pues se refieren a cuidados con la limpieza e inspección de cables. Evidentemente, los costos de mantenimiento en sistemas con baterías o acumuladores son mayores, inclusive porque debe ser considerado el cambio del banco de baterías con cierta frecuencia.

Generadores eólicos. Los costos de capital de los aerogeneradores son muy variables, más aún que en el caso de los módulos FV. Sistemas eólicos semejantes pueden tener costos significativamente diferentes, a causa de diferencias en los costos de torre, localización y diseño. En general, puede considerarse un rango de 2000 a 6000 US$/kW para las instalaciones eólicas. A diferencia de los módulos fotovoltaicos, los costos de las turbinas eólicas presentan economías de escala: turbinas de muy alta capacidad tienen generalmente costos – en US$/kW – bastante inferiores a los sistemas pequeños. También los costos de mantenimiento son muy variables. La mayor parte de estos sistemas necesitan de algún mantenimiento preventivo, en la forma de

7 El artículo 3 g) de la Ley 1.334 “De Defensa del Consumidor y del Usuario” de Paraguay, define consumo sustentable como todo acto de consumo, destinado a satisfacer necesidades humanas, realizado sin socavar, dañar o afectar significativamente la calidad del medio ambiente y su capacidad para dar satisfacción a las necesidades de las generaciones presentes y futuras. 8 Por ejemplo, los paneles fotovoltaicos, que en su utilización son totalmente amigables con el ambiente, pero pueden no serlo, tomando en consideración los altos consumos de electricidad en la fabricación de sus componentes. Puede ser perjudicial al medio ambiente si es que los componentes fueron fabricados, por ejemplo, en un país con base en centrales termoeléctricas utilizando combustibles fósiles.



inspecciones periódicas. Sin embargo, los costos de mantenimiento se concentran en las intervenciones no programadas, cuando hay problemas por descargas atmosféricas o por corrosión.

Una turbina que produce alrededor de 500 kWh mensualmente para una velocidad media de viento del orden de 6 m/s el costo de instalación varía entre 3500 a 5000 US$/kW. Según datos de la Universidad Estadual de Campinas - Facultad de Ingeniería Mecánica, los costos totales unitarios de generación eólica pueden variar entre 30 a 85 US$/MWh.

Microcentrales hidroeléctricas. La capacidad o potencia de salida de un sistema microhidroeléctrico es función de la presión y del flujo de agua que pasa por la turbina. La selección de un sitio es resultado de un análisis de la presión y flujo de agua, así como de los costos para la construcción del conducto de agua y del ducto de presión. En casos en que el pico de demanda es mayor que el de la instalación puede instalarse banco de baterías para acumular energía en horarios de menor demanda y usarla en horas de mayor demanda.

Los costos de capital son muy variables, dependiendo bastante de las condiciones del local donde se instalan. En general, estos costos pueden variar entre 1000 a 1500 US$/kW (considerando promedios en Brasil) y los costos de mantenimiento anuales típicos son del orden del 3% de los costos de capital. Sistemas con buen mantenimiento pueden llegar a 50 años de vida útil. Una desventaja en relación con los sistemas fotovoltaicos y eólicos es que generalmente las instalaciones no son modulares.

Producción de electricidad con biomasa. Los costos de la producción de electricidad por medio de la biomasa varían bastante, dependiendo de la tecnología que es utilizada y de otros elementos (acceso a la fuente primaria de energía, por ejemplo). Los costos de capital para los turbogeneradores se encuentran en el orden de 800 a 1500 US$/kW. Los costos de operación pueden ser elevados. En general, se estima que los costos totales pueden estar en el rango de 100 a 150 US$/MWh.

1.6.1 Costos de algunos componentes:

Baterías. Debido a las variaciones en el ciclo de uso y en la vida útil de las baterías las comparaciones costo-efectivo de las diferentes baterías no es obvio. Sin embargo, en general, los costos son del orden de 70 a 100 US$ por kWh de almacenamiento para vidas útiles del orden de 250 a 500 ciclos de uso y vida útil del orden de 3 a 8 años.

Inversores. El costo de un inversor de alta calidad varía entre 500 a 1000 US$ por kW. Inversores de pequeño tamaño (100 a 200 W) están disponibles por cerca de 100 US$. Existen inversores de gran tamaño, pero debe ser considerado que su costo, en términos de US$ por kW de capacidad, es mayor.

En el Catálogo de Soluciones Tecnológicas para Electrificación Descentralizada se presentan los costos de referencia de diversas configuraciones tecnológicas.

1.7 Otros Aspectos

Aunque la energía eléctrica pueda ser una herramienta poderosa para los microempresarios en áreas rurales, el impacto que pueda tener se potencia por una cantidad de condiciones coexistentes ajenos a temas técnicos. Los micro-emprendedores deben no sólo tener apoyo para comprar la máquina eléctrica apropiada que les permitirá aprovechar la electricidad, sino que deben ser capacitados para asegurar que la utilización de la electricidad se traduzca en un beneficio económico sustentable. Los usos productivos exitosos de los programas de electrificación rural se deberán a un número de factores necesarios. Estos factores incluyen lo siguiente:

• La disponibilidad de herramientas y máquinas para aplicaciones productivas

• Crédito para herramientas y capital de trabajo9

9 Ver WP5: Microfinanciación de servicios energéticos y de microemprendimientos.



• Los recursos humanos necesarios pasar los desafíos técnicos y comerciales incurridos por una nueva actividad

• Producción constante y aumento de la calidad de la producción/servicio

Uno de los factores más importantes para lograr el objetivo de alta cobertura eléctrica y poder dar servicio a baja-muy baja demanda y capacidad de pago, es un esquema tarifario adecuado. La caracterización de la demanda es el hito más importante en la planificación de proyectos de electrificación de pueblos rurales.

Por esa razón, el esquema tarifario ha de ser productivo para los operadores de energía y poder así atender a un mayor número de usuarios con baja demanda antes que sólo a unos pocos usuarios con alta demanda, logrando así alcanzar una alta cobertura y un desarrollo socio-económico más homogéneo.

Por otro lado, los sistemas tarifarios deben reflejar la voluntad de pago de los usuarios. Los esquemas de subsidio cruzado pueden ser una buena medida para modificar la curva de demanda del servicio energético y facilitar la contratación del servicio para pequeños consumidores.

Puede hablarse en ciertos términos de equidad, con un esquema de tarifa plana, al menos en los primeros segmentos de demanda (≤35 kWh/mes/ usuario) ya que en las áreas rurales remotas, y especialmente con generación mediante energías renovables, la mayoría de los costes son fijos.

Herramienta: Analisis de costo del ciclo de Vida Las opciones de ER tienden a tener costos iniciales altos y costos operacionales bajos. Los generadores, por el contrario, tienen costos iniciales bajos y costos operacionales altos. Elegir alternativas basadas solamente en el costo inicial puede conducir a costos totales más altos sobre la vida del sistema.

Dado que el costo real de un sistema de provisión de energía para un micro-emprendimiento incluye tanto su costo de inversión inicial (depreciado a lo largo de su vida) más sus costos de O&M futuros, el análisis de costo debe tener en cuenta los costos completos sobre la vida del proyecto. Por lo tanto, el análisis de costo del ciclo de vida debe ser usado para comparar opciones. Las opciones de los sistemas energéticos tendrán diferentes combinaciones de costos iniciales y futuros; el análisis LCC puede ayudar a hacer comparaciones consistentes entre las opciones. Este tipo de análisis también tiene en cuenta costos iniciales y futuros, al mismo tiempo que reconoce el “valor tiempo del dinero” (es decir, un dólar en el futuro vale menos que un dólar hoy).

El LCC implica un cálculo de flujo de caja descontado, donde el costo total de una opción (su costo presente neto) se determina por la suma de los flujos de caja anuales descontados sobre su extensión de vida. Los flujos de caja futuros (como para combustible) se “descuentan” por una “tasa de descuento”. La tasa con la cual las flujos de fondos de gastos futuros son descontados es generalmente establecida a un costo de capital (COC), el cual para una microempresa puede ser muy alto.

Por esto, aunque LCC puede usarse en cualquier circunstancias, es particularmente apropiado para análisis a 10 o más años o más en los cuales el combustible y los costos de mantenimiento de los generadores, por ejemplo, se hacen considerables. Un análisis LCC es sensible a la entrada de datos; así, el análisis de sensibilidad debe hacerse sobre un rango posible de entrada de datos.

El LCC implícitamente asume que las opciones comparadas brindan niveles de servicio comparables. Si las opciones proveen de diferentes niveles de servicio, esta diferencia se debe justificar en el proceso de selección de opción.

La metodología descrita aquí se llama análisis del Ciclo de Vida, útil para calcular la opción de menor costo para alcanzar un objetivo, por ejemplo la provisión de energía eléctrica, bombeo de agua, etc.



La información o hipótesis que requiere son:

� Funcionamiento del sistema: la producción del sistema en kWh, dependiendo del recurso natural disponible

� Datos de costos: el gasto inicial y futuro

� Parámetros económicos: factores de expresión de los costos futuros a valores en moneda actual

1.8 Funcionamiento del sistema

Para calcular el costo medio de generación de cada unidad de energía a lo largo de la vida útil de un sistema, es necesario estimar la energía utilizable que es capaz de producir en ese lapso.

1.9 Costos durante el ciclo de vida

En el análisis de ciclo de vida se consideran los costos iniciales y futuros durante la vida operativa de cada sistema. El período para el análisis se corresponde con la vida útil del componente más durable.

Para hacer una comparación significativa entre distintos sistemas homólogos, todos los costos e ingresos futuros deben ser descontados a su valor equivalente en la economía de hoy, esto es, su valor actual o valor presente neto.

Para obtener este valor, cada costo futuro es actualizado por un factor de descuento calculado a partir de la tasa de descuento. Todos los cálculos son realizados teniendo en cuenta el efecto financiero de la inflación internacional.

1.10 Indicadores Económicos

El cálculo de los costos del ciclo de vida requiere conocer los siguientes valores:

� Período del análisis (n) – Normalmente se toma el tiempo de vida útil de la componente del sistema más longeva.

� Inflación (h) – Índice del aumento de precios.

� Tasa de descuento (d) – La tasa (sobre la inflación general) a la cual el dinero aumentaría de valor estando invertido. Este valor se calcula como d = i–h, donde (i) es la tasa de interés para inversiones típicas.

Con estos valores, se calcula el Valor Actual Neto de un solo pago futuro o de pagos periódicos mediante las expresiones:

1.10.1 Actualización de un pago simple

VALOR ACTUAL = VALOR FUTURO x Pr i

d

hPr

++

=)1(

)1(

i, año futuro en el cual está especificado el valor

1.10.2 Actualización de una serie uniforme

VALOR ACTUAL= VALOR ANUAL FUTURO X Pa

−−=

)1(

)1(

x

xxPa

n

d

hx

++=

1

1

El valor actual puede así ser calculado usando cualquiera de los factores, Pr ó Pa.



1.11 Costo Anualizado del Ciclo de Vida

La suma de todos los valores presentes es el costo total del ciclo de vida del sistema:

LCC = Ccap + Crep + Co&m + Cf – Csal

siendo

Cca costo de capital (el valor de la inversión inicial total).

Crep valor actual de los costos de reemplazo de artículos importantes, por ejemplo, baterías.

Co&m costos de mantenimiento

Cf valor actual de los costos de combustible anuales

Csal valor residual del bien o de la reventa en año

Hay dos maneras en las que el costo del ciclo de vida útil se utiliza comúnmente:

1.11.1 Costo Anualizado del Ciclo de Vida (ALCC)

El costo anualizado del ciclo de vida es el LCC expresado en términos de un costo constante por año. Es el costo anual requerido para pagar el sistema sobre su ciclo de vida útil e incluye los eventuales pagos de préstamos al capital.

El LCC considera el costo de oportunidad de usar el capital y surge, entonces, de dividir por el factor Pa(n), involucrando así la tasa de descuento, la tasa de inflación, y la cantidad de años del período de análisis. El resultado se expresa en pesos anuales para cada sistema.

Por lo tanto:

)(nP

LCCALCC

a

=

1.11.2 Costo energético nivelado

El costo energético nivelado es probablemente el indicador más adecuado para comparar dos tecnologías energéticas. Expresa el costo medio de generar cada unidad útil de energía durante el curso de vida de un sistema. Por ejemplo, si el sistema genera electricidad entonces el ALCC se expresa como sigue:

(kWh) generada adElectricid

($)ALCCNivelado Energetico Costo =

La tabla siguiente muestra un ejemplo (sistema fotovoltaico de 100W) de cálculo de LCC que se ha usado en un programa de Electrificación Rural de la región.



Anlisis del ciclo de vida: Generador fotovoltaico con baterias

Calculos

PARAM ETROS ECONOM ICOS

Periodo de analisis n 20 añosTasa de interes i 0.1Tasa de descuento d 0.07 d= i-h

Inflacion h 0.03

Factor de descuento a 0.93 a= (1+ h)/(1+ d)

Factor de anualizacion Pa(n) 10.59 Pa(n)= a(1-an)/(1-a)

ESPECIFICACION DEL SISTEM A Y SU FUNCIONAM IENTO

CARGACarga diaria Ld 0.250 kW h/diaCarga Annual La 91.25 kW h/año La= 365*Ld

RECURSO SOLARInsolacion de diseño I 3.40 kW h/m 2/dia

SISTEMA FOTOVOLTAICOEficiencia del arreglo fotovoltaico Epv 0.9Energia provista a las baterias Lpv 0.33 kW h/dia Lpv= Ld/Ebat

Tam año del arreglo (Potencia instalada) Ppv 100 W p Ppv= (1000*Lpv)/ (I*Epv)

Costo unitario de cada m odulo Kpv 23.25 $/W pTiem po de vida util Npv 20 añosDisponibilidad Bpv 0.99

BATERIASEficiencia de las baterias Ebat 0.75Dias de alm acenam iento Sbat 5 diasTam año de las baterias Gbat 1.56 kW h (80% m ax.descarga) Gbat= Sbat*Ld*1. 25

Precio unitario de las baterias Kbat 4.65 $/W pTiem po de vida util Nbat 5 años

Com ponentes del BOSPrecio del cableado y estructura de soporteKsop 1.50 $/W pPrecio del regulador Kbos 3.00 $/W pTiem po de vida util Nbos 20 años

COSTOS

COSTS DE CAPITALArreglo fotovoltaico Cpv 2325.00 $ Cpv= Kpv*Ppv

Baterias Cbat 465.00 $ Cbat= Kbat*Gbat

Regulador Cbos 300.00 Cbos= Kbos*Ppv

Cableado y estructura de soporte Csop 200.00 $ Csop= Ksop*Ppv

Instalacion Cins 223.35 $ Cins= 0. 2*Cpv

SUB-TOTAL Ccap 3513.35 $

Subsidio PERMER (US$ 4.9 por W p) 15 $/W p 1500.00Subsidio GEF ($375 por SHS de 50W p, $314 por SHS de 75W p y $255 por SHS de 100W p) 375.00Cargo por Conexion 0.00% 0.00

Costos de O&M Rom 143.50 $/años Rom= 0.01*Ccap

Costos actuales de O&M Com 1520.24 $ Com= Rom*Pa(n)

COSTOS DE REEMPLAZOItem Year Pr PWBaterias 5 0.71 331.54 $BOS 7 0.62 186.82Baterias 10 0.51 236.38 $BOS 14 0.39 116.35Baterias 15 0.36 168.54 $SUB-TOTAL Crep 1039.63 $

Valor residual Csal 0.00 $

Ctot TOTAL 4198.22 $

INDICADORES ECONOM ICOS

Costos de ciclo de vida LCC 4198.22 $ LCC= Ctot

LCC anualizado ALCC 396.28 $/year ALCC= LCC/Pa(N)

Costo de la energia nivelado Ke 4.387 $/kW h Ke= ALCC/(La*Bpv) Tabla A: Algoritmo para el cálculo del costo ciclo de vida de los sistemas fotovoltaicos



Análisis 1.12 Opciones Tecnológicas Potenciales

El Catálogo de Soluciones Tecnológicas para Electrificación Descentralizada sirve a realizar una pre-selección de las tecnologías más apropiadas, basada en los recursos energéticos disponibles. Esta pre-selección proporciona un menú de tecnologías viables que deberán ser sujetas a un análisis de base de LCC y posteriormente con la HPE.

1.13 Análisis de Carga y Consumo

Los patrones de consumo eléctrico de las microempresas son un factor primario que influye en el diseño del sistema de energía. La persona que selecciona el sistema de energía renovable debe tener en cuenta el consumo máximo de energía, consumo de energía (una medida de las horas de carga usadas en un período de tiempo o kWh/año), variaciones estacionales y diarias de consumo de energía (una medida de distribución de carga), y la calidad del servicio necesario.

El sistema se diseña y los componentes – el generador, las baterías, el cableado y los electrónicos de energía – medidos para que el sistema pueda entregar la máxima especificación de energía y satisfacer la especificación de consumo de energía (kWh/mes). Los requerimientos de energía máximos determinan el tamaño del cableado y control del equipamiento. El consumo de energía y variaciones en el tiempo determinarán el tipo y tamaño de los componentes productores de energía y también influirá en el tamaño del almacenamiento de la batería.

Las cargas micro-empresariales comunes incluyen:

• Iluminación, radio, televisores y teléfonos celulares

Estas cargas se pueden operar usando pequeños sistemas PV (20-200Wp) o sistemas eólicos (300-500 W). La mayoría de estas cargas se pueden operar con DC. Para cargas AC, tales como aquellas para TVs color y video-reproductores, un pequeño inversor puede incluirse. Los sistemas PV levemente más grandes (250-1.000 W) y los sistemas eólicos (1.000-3.000 W) son adecuados para necesidades levemente mayores, tales como motores de uso liviano para máquina de coser, refrigeradores, herramienta eléctricas manuales y ventiladores, o para pequeñas cantidades de calor (tales como la que se necesita para soldar).

• Herramientas eléctricas, molinos de grano, u otros motores grandes para talleres e industrias livianas

Estas cargas típicamente necesitarán sistemas de energía más grandes. Grandes sistemas híbridos que contienen alguna combinación de sistemas solar PV, eólicos, generador a gasolina o diesel (o bien agro-combustibles), batería, e inversor pueden satisfacer estas cargas así como las cargas descritas en el párrafo anterior. Donde el recurso esté disponible las tecnologías de micro-hidro pueden también satisfacer estas cargas, posiblemente sin requerir combustible o baterías.

• Bombeo de agua, producción de hielo y carga de batería

Estas cargas ocasionalmente pueden operarse con sistemas simples que no requieran almacenamiento de energía. Las cargas que no necesiten operarse en un momento particular, pero pueden operarse cuando el recurso está disponible, pueden no necesitar batería, resultando en ahorros de costo significativo. Cuando estas cargas “diferibles” se operan con otras cargas, pueden ejecutare cuando hay energía extra disponible, lo cual también genera ahorros de costo al permitir que la energía disponible se utilice más eficientemente.

• Procesamiento de calor, cocina, y secado para la preservación de la comida

Las cargas térmicas son generalmente mejor satisfechas con tecnologías térmicas que con una tecnología eléctrica. Aunque la electricidad se pueda usar para generar calor, es usualmente mucho más cara que las tecnologías alternativas. Las tecnologías térmicas renovables incluyen calentadores solares de agua, cocinas solares, y secadores solares – todos los cuales usan el calor del sol en vez de su luz. El biogas también puede ser quemado



para generar calor. La mayor parte de la discusión técnica en esta guía se enfocará en los temas de energía eléctrica.

Donde ocurren muchas cargas al mismo tiempo, el manejo de demanda – la coordinación consciente de la operación de cada carga, junto con una atención especial a la eficiencia en las cargas – puede resultar en un uso más eficiente de la energía y ahorros significativos en las inversiones iniciales y costos de operación.

Se presenta, a continuación, información detallada sobre las características de demanda y consumo de artefactos y equipos representativos para usos productivos en el ámbito rural.

• Focos ahorradores

Se trata de luminarias de descarga, las cuales tienen la propiedad de brillar con una alta intensidad pero con un bajo consumo de electricidad. Por otra parte, tienen una durabilidad de más de 5.000 horas (entre 3 a 5 años). La potencia típica de cada foco es de 7, 11 o 13 W.

• Refrigerador

Sirve para almacenar la correspondiente comida que se va a prepara diariamente. Es necesario que el tamaño sea el apropiado para atender las necesidades del albergue. El tamaño del refrigerador puede estar entre 17 y 21 pulgadas, con una potencia del compresor de 200 W.

• Mezcladora-amasadora

Funciona con un voltaje de 220 V. Existen de varios tamaños, sin embargo para una panadería que procesa entre 70 a 100 kilos diarios de harina, se requiere una mezcladora-amasadora que tenga una capacidad entre 40 a 60 litros. Este equipo funciona con 220 V y consume mensualmente 90 kWh si se lo utiliza entre 4 a 5 horas diariamente. Tiene una vida útil promedio de 5 años y que corresponde en promedio a la vida útil del motor eléctrico de la mezcladora.

• Soldador eléctrico tipo transformador

Sirve para soldar las piezas de metal. Este equipo consume bastante electricidad, entre 50 a 150 kWh por día de trabajo dependiendo del grosor de los metales a soldar. Funcionan con un nivel de tensión de 220 V en corriente alterna monofásica. Con una utilización diaria de entre 4 a 5 horas, este equipo tiene una vida útil promedio de 4 años.

• Amoladora de banco

Sirve para lijar, afilar y quitar pequeñas rebarbas. Debe ser de alta revoluciones por minuto. Este equipo consume muy poca electricidad por día de trabajo, en promedio 1 kWh por día de trabajo. Con una utilización diaria de 1 a 2 horas su vida útil promedio es de 5 años.

• Desbarbadora orbital portátil

Sirve para quitar rebarbas y afinar superficies luego de haber efectuado la soldadura. Consume alrededor de 2 kWh por día de trabajo. Con una utilización diaria de 3 horas su vida útil promedio es de 3 años.

• Compresor a pistón con pistola de pintado de alta presión

Sirve para almacenar aire comprimido el cual se utilizará para pintar superficies metálicas. El compresor debe tener una capacidad de almacenamiento de aire entre 7 a 15 litros. Consume alrededor de 2 kWh por día de trabajo. Con una utilización diaria de 3 horas su vida útil promedio es de 5 años.

• Máquina universal (taladro)

Sirve para perforar, taladrar, atornillar, efectuar rebordes y lijar la madera. Debe contar con un juego de brocas, fresas y lijas de diferentes grosores y tamaños. La velocidad de giro debe ser mayor a 4.400 revoluciones por minuto. Consume 75 kWh/mes utilizándola 4 horas por día.



• Sierra circular manual

Sirve para cortar tableros y otros cortes largos. Con el se puede variar la profundidad e inclinación del corte de la madera. Puede ser instalada sobre una mesa y dispone de varios grosores de sierras según la velocidad del corte y el tipo de madera a utilizar. Los discos deben ser de acero con un mínimo contenido de carburo para asegurar su dureza. Debe tener una velocidad de giro mayor a las 5800 revoluciones por minuto. Consume aproximadamente 130 kWh/mes utilizándola 3 horas por día.

• Lijadora orbital

Sirve para lijar grandes superficies planas, sobre todo en la producción de puertas y mesas. Cuenta con lijas de diferentes texturas dependiendo del tipo de pulido que se quiera obtener. Consume 50 kWh/mes cuando se la utiliza 3 horas por día.

• Sierra de calar

Sirve para hacer cortes curvos o rectos en todo tipo de madera. Debe incluir un juego de sierras planas fácilmente intercambiables. Consume 120 kWh/mes cuando se la utiliza 5 horas por día.

• Ordeñador

Está compuesto por las siguientes partes: (i) Pezoneras y manguitos de ordeño para extraer la leche, (ii) Tuberías para la leche, (iii) Sistema de vacío: tuberías, bomba de vacío (extrae el aire), regulador (mantiene constante el nivel de vacío) y manómetro (indica el nivel de vacío). Existen ordeñadores que pueden extraer entre 50 litros por minuto hasta 600 litros por minuto. El tamaño del ordeñador dependerá de la cantidad de vacas lecheras a ser odeñadas.

• Recipiente refrigerado

El tanque de refrigeración debe ser capaz de enfriar la mitad de la leche almacenada desde 32 ºC hasta 4 ºC entre dos a tres horas en una sola vez. Por ejemplo, un enfriador de 10.000 litros deberá ser capaz de enfriar 5.000 litros de leche en tres horas desde 32 ºC hasta 4 ºC. Existen tanques de enfriamiento desde 800 litros de capacidad hasta 15.000 litros. El tamaño depende principalmente de la cantidad de producción de leche que existe en la región.

• Molino

Existen tres tipos de molinos, los que se denominan de martillos, de piedra y de rodillo. Todos ellos hacen girar estos elementos sobre un eje golpeándolos (machucándolos) contra una pieza de acero muy sólida (yunque). El grano al pasar por el molino es triturado contra el yunque hasta convertirse en harina. Existen de diferentes tamaños según la cantidad de harina diaria que se requiere producir. El molino más utilizado en las áreas rurales es el molino de martillos con una velocidad de producción de 10 a 20 quintales diarios de molienda.

En todos los molinos se pueden variar distancias y número de martillos con la finalidad de obtener diferentes calidades de harinas, las cuales dependen del tamaño del polvo. Cada tipo de molino sirve para obtener diferentes tipos de calidad de harina. Según la utilización que se vaya a dar a la harina, se utilizará un diferente tipo de molino. Sin embargo, de todos ellos, el molino de martillo es el más económico. La harina que se obtiene con este molino tiene una infinidad de aplicaciones en las áreas rurales. El molino de rodillo sirve para obtener harinas separadas de diferentes partes del grano. Separa, según el tamaño, el germen y el salvado obteniéndose de esta forma harinas de mayor calidad y para ser utilizadas en otro tipo de alimentos.

• Refrigerador de carne

Existen de varios tamaños. Los más apropiados son los refrigeradores horizontales (la puerta de acceso es horizontal) y que tengan un volumen de almacenamiento entre 300 a 500 litros. Este equipo funciona en promedio durante 6 horas al día. El elemento principal es el sistema de compresión el cual requiere de la electricidad para funcionar. Consume en promedio 100



kWh por mes de electricidad y tiene una duración promedio de 5 años. Ello se debe al tamaño del compresor.

• Sierra circular

La mayormente utilizada es una de altas revoluciones por minuto (entre 1.800 a 2.200 revoluciones por minuto) y que pueda vencer fácilmente la dureza del hueso. El consumo de electricidad de este equipo es bastante bajo y en promedio alcanza a 15 kWh por mes.

Se presentan, en la Tabla B, consumos mensuales típicos de estos equipos, tomando en consideración tiempos de uso por día representativos.

Equipo Cantidad Equipo Cantidad

Consumo de

electricidad

(en kWh/

mes)

Tiempo de uso por día

en horas

Vida útil promedio en

años

Focos ahorradores 10 15 5 4

Refrigerador 1 36 6 5

Televisor y antena receptora 1 23 3 6

Computadora Internet 2 45 3 4

Teléfono larga distancia 1 0.6 2 5

Mezcladora amasadora 1 90 5 5

Máquina Universal 1 75 4 4

Sierra Circular manual 1 130 3 4

Lijadora Orbital 1 50 3 4

Sierra de calar 1 120 5 4

Ordeñador 1 16 2 4

Recipiente refrigerado 1 200 6 6

Molino 1 200-300 6 4

Refrigerador de carne 1 100 6 5

Sierra circular 1 15 3 6

Soldador eléctrico tipo transformador 1 150-4500 4

Amoladora de banco 220 V CA monofásica

Consumo: 1 kWh/día 5

1 30 5

Desbarbadora orbital

portátil

220 V CA monofásica


1 2 3

Compresor a pistón con

pistola de alta presión

220 V CA monofásica


1 2 5

Tabla B: Consumos mensuales típicos de equipos producutivos



1.14 Comparación de Opciones Tecnológicas

1.14.1 Esquemas convencionales de electrificación rural10

Al examinar los esquemas más convencionales de electrificación con TER (un ejemplo puede observarse en la Figura 3) y sus limitaciones en términos de calidad de servicio y oportunidades de desarrollo, el enfoque principal suele ser la electrificación autónoma, dada la escasa viabilidad para la extensión de red a las comunidades rurales.

El objetivo principal de la electrificación rural debe ser la satisfacción de las necesidades de los usuarios con la mayor calidad del servicio y garantía posibles. Otro objetivo debe ser una alta cobertura con este servicio. Es fundamental que todas las familias en un área de concesión, están siendo servidas en función de sus necesidades. Una de las principales claves será el sistema tarifario, que deberá ofrecer tarifas asequibles a los usuarios, aunque tengan diferentes niveles de demanda, y suficientes ingresos para el operador. Otro factor importante es el diseño técnico y administrativo adecuado de un programa de electrificación rural reduciendo costes al máximo.

Para este propósito, por ejemplo TTA, propone un concepto de tecnología universal neutral en el cual la tecnología no está prefijada (p. ej. proyectos GFI o electrificación rural con sistemas híbridos FV exclusivamente), pero donde la decisión sobre la aplicación de una tecnología concreta para un lugar específico se realiza en función de su viabilidad económica-financiera en su ciclo de vida. No obstante, el esquema tarifario, legal e institucional sería el mismo para la concesión completa, gestionado por un operador autorizado según un reglamento de servicio.

Entonces, ¿qué papel pueden jugar las TER en este esquema? Pueden ser una alternativa concreta a las aplicaciones GFI y sistemas de generación directa con grupo electrógeno en pueblos o localidades en los que la utilización del grupo electrógeno durante 24 horas al día no tiene sentido económico. Las TER, basadas en los recursos energéticos locales disponibles (agua, viento, sol, biomasa) pueden ser una opción que, ofreciendo más posibilidades de desarrollo socio-económico y cultural local, puede resultar económicamente más viable que las soluciones convencionales, sin tener efectos adversos hacia el ambiente.

El costo de proveer energía a las áreas rurales depende mucho de la cantidad de energía requerida. Este caso se da, especialmente, donde las cargas son pequeñas y dispersas, como cuando se trata de la provisión a comunidades rurales aisladas o a asentamientos de menor densidad.

Los costos de energía por unidad para varias opciones de provisión para un rango de requerimientos diarios de energía se deben analizar tomando en consideración el costo completo de vida.

El tipo de análisis que se realiza se muestra a continuación. El ejemplo que sigue es genérico. Lo relevante es que muestra las variables que los tomadores de decisión necesitan para planear un programa de electrificación rural.

10 Vosseler, I.; Vallvé, X.; Ramírez, E.; Gavaldà O. Electrificación Rural FV Híbrida de Pueblos, un factor crucial para el Desarrollo Local. Trama TecnoAmbiental (TTA). Barcelona, España.



Ejemplo de Análisis de opciones tecnológicas11

• La red es lo más barato – si no se requiere un gasto capital excesivamente elevado para extender la red (los valores de referencia son obviamente los costos para los sistemas fuera de la red).

• Para cargas inferiores a 1kWh/día, el PV solar es competitivo. Los generadores propulsados a nafta pueden tener una ventaja en el costo para algunas aplicaciones (ya que se disponen de pequeñas unidades baratas – uno tiene que considerar los riesgos operacionales y el mantenimiento frecuente)

• Para cargas intermedia (2 kWh/día o más), los generadores diesel son típicamente la opción menos costosa (a no ser que la red sólo tenga que ser extendida 1 ó 2 km.).

• A medida que las cargas aumentan, los costos unitarios de electricidad (para extensiones de red) se reducen, por lo cual para cargas de 6kWh o más uno puede justificar la extensión de 3 km, y para cargas de 15kWh por día o más, la extensión de red de 6 o más km se transforma en la opción menos costosa.

Todas las opciones de electrificación rural poseen ciertas limitaciones. Habitualmente el desarrollo local está limitado por proyectos en los cuales un grupo electrógeno sólo suministra electricidad unas cuantas horas al día, concentradas normalmente en el pico de mayor demanda, que es la tarde-noche, en las poblaciones menos desarrolladas. Por ese motivo, a menudo los usos productivos de la electricidad no pueden incluirse en el esquema de servicio eléctrico comunal y lo mismo ocurre con otros servicios básicos como escuelas, que no pueden utilizar ordenadores, o centros sanitarios, y por tanto no se benefician del servicio de energía eléctrica estándar.

Figura 3. Carpintero con su propio generador en un pueblo con 6h diarias de suministro eléctrico mediante grupo electrógeno (Baures, Bolivia)

1.15 Demandas de energía eléctrica de usos productivos y fuentes apropiadas En la Tabla C se muestran las demandas de los emprendimientos productivos - clasificados por demanda baja, mediana y alta - y las principales fuentes de electricidad que pueden utilizarse.

11 En el Anexo 3 del Manual D21, pueden encontrarse ejemplos de Programas recientes de electrificación descentralizada con energías renovables



TABLA DEMANDA Y FUENTES DE ELECTRICIDAD Fuentes para

demanda baja y mediana

Fuentes

para demanda

alta

Procesos Equipos que se utilizan en los procesos

Demanda

de energía eléctrica

Energía solar

fotovol-taica

Energía eólica

Micro

central hidráu-

lica

Red

Eléctrica inter-conec-tada

Gene-rador diesel

Beneficiado de Café

• Despulpadora • Molino • Selladora

Alta NO NO SI SI SI

Carpintería • Talador universal • Sierra Circular manual • Lijadora Orbital • Sierra de calar

Alta NO NO SI SI SI

Metal Mecánica • Soldador eléctrico tipo transformador

• Amoladora de banco • Desbarbadora orbital portátil • Compresor a pistón con pistola

de alta presión

Alta NO NO SI SI SI

Hospedaje Rural (máximo 10 personas)

• Luminarias • Refrigerador • Televisor y antena receptora • Computadora • Teléfono

Baja a mediana

SI SI SI SI SI

Producción de harinas de granos

• Molino Universal

Alta NO NO SI SI SI

Producción y almacenamiento de leche

• Ordeñador • Recipiente refrigerado de 2.000

litros Alta NO NO SI SI SI

Refrigeración de la Carne

• Refrigerador de carne • Sierra circular

Alta NO NO SI SI SI

Amasadora de pan • Mezcladora amasadora:

Alta NO NO SI SI SI

Bombeo de agua para abrevaderos (2.000 litros por día)

• Bomba de agua

Baja SI SI SI SI SI

Cine – Video

(3 horas por día)

• Televisor • Lector de DVD

Baja SI SI SI SI SI

Tabla C: Fuentes de energía eléctrica aptos para emprendimientos productivos de bajo, mediano y alto consumo



Salidas 1.16 Costo por kWh y Capex

1.16.1 Definición de parámetros técnicos

Los parámetros técnicos están relacionados con el cálculo de las variables económico-financieras. En este sentido, los parámetros que se fijarán serán los que permitan calcular estas variables principales.

a) Parámetros relacionados con costos de inversión

En lo que sigue se detallan los parámetros que se necesitan para calcular los costos de inversión que se necesitarán para cada solución tecnológica. Se debe mencionar que los algoritmos que se han desarrollado, y que se mostraran más adelante, utilizan solo tres parámetros por tecnología. Esto se hace por simplicidad, para que este proceso de pre-factibilidad no se convierta en uno engorroso, sino en algo flexible y práctico, que sirva como primera estimación.

También hay que aclarar que llave en mano quiere decir: equipos totalmente instalados (adquisición, transporte, aduanas, impuestos).

• Microrred de distribución

Costo de la obra civil de extensión de red [$/km]

• Micro-red de distribución

Costo de acometida más medidor [$/unidad]

Costo de la obra civil de extensión de red secundaria [$/km]

• Micro-planta de generación FV (también Generador FV individual)

Costo llave en mano paneles FV, soportes, reguladores de carga [$/Wp]

Costo llave en mano baterías [$/kWh]

Costo llave en mano onduladores, protecciones, adquisición de datos [$/W]

• Micro-planta generación microHid

Costo llave en mano grupo turbina, generador, control carga, obra civil [$/W]



• Micro-planta generación Eólica

Costo llave en mano aerogenerador, obra civil, rectificador [$/W]



• Micro-planta generación Biomasa

Costo llave en mano gasificador [$/W]


Costo llave en mano grupo electrógeno a gas [$/W]

b) Parámetros relacionados con costos de G&O&M

En lo que sigue se detallan los parámetros que se necesitan para calcular los costes de Gestión, Operación y Mantenimiento (G&O&M) que se utilizarán para cada solución tecnológica. Se debe



mencionar que al igual que en el ítem anterior, los algoritmos que se han desarrollado, y que se mostraran más adelante, utilizan solo tres parámetros por tecnología para simplicidad en este etapa de pre-factibilidad.

Es importante observar que la valoración de los costes de G&O&M dependerá del esquema de gestión del servicio eléctrico que se implemente en las infraestructuras fuera de red.

• Microrred de distribución

Costo de mantenimiento [% costos de inversión]

• Micro-red de distribución

Costo de mantenimiento [% costos de inversión]

• Micro-planta de generación FV (también Generador FV individual)

Costos salarios para administración [$]

Costos salarios O&M [$]

Costos de salarios para Seguimiento & Evaluación [$]

• Micro-planta generación microHid




• Micro-planta generación Eólica




• Micro-planta generación Biomasa




c) Factor de penalización por riesgo tecnológico

Las tecnologías que se usan para la electrificación rural no son todas equivalentes. Cada una de ellas tiene sus debilidades y fortalezas que deben ser tenidas en cuenta en el proceso de selección. Las diferencias que presentan cada tecnología están centradas en los siguientes tópicos:

• Grado de confiabilidad

• Posición del país en la curva de aprendizaje de la tecnología. Esto esta dado por la capacidad para operar y mantener los sistemas de provisión eléctrica.

• Servicios provistos. Cada tecnología tiene características diferentes respecto a la demanda que puede satisfacer.



1.16.2 Algoritmos de cálculo

a) Elaboración de algoritmo de cálculo para extensión de red y por tecnología

El ciclo de vida de un sistema o infraestructura se define como el período de tiempo en que dicho sistema o infraestructura existe, empezando en su generación, pasando por su utilización y terminando con el fin de su vida útil.

Dado que las infraestructuras eléctricas son sistemas complejos, compuestos por una gran cantidad de equipos e intervención de personas, a efectos de estimaciones técnicas y financieras es frecuente considerar un período de tiempo típico de 20 años como ciclo de vida. Este es el criterio utilizado en este Manual.

Dentro de una infraestructura eléctrica, distinguimos las siguientes tipologías de costos de ciclo de vida (CCV):

• Inversión: – Inicial (diseño, adquisición, transporte, aduanas, ingeniería, instalación, puesta en

marcha, etc) – Reposición de equipos (según vida útil)

• G&O&M del servicio eléctrico: – Administración – Operación y Mantenimiento (incluyendo combustible) – Seguimiento y Evaluación

La consideración de costes a lo largo de un período de 20 años obliga a la consideración de la evolución de los valores económicos a lo largo del tiempo, conocida como “actualización de valores”.

Para el cálculo simplificado (y generalmente aceptado en la planificación eléctrica) de valores actualizados (VA) es preciso definir una frecuencia de estimación (típicamente anual) y considerar una tasa de descuento (%) del valor económico futuro respecto al presente, y relativa a la frecuencia de estimación.

En referencia a los costes que se producirán, es preciso estimar su evolución dentro de los 20 años. Como referencia general, debe considerarse la tasas de inflación (%, anual) típicas del sector (p.ej. se puede diferenciar entre la inflación general para salarios y la inflación concreta de combustibles). Sin perjuicio de lo anterior, algunos costes podrán predecirse con mayor o menor exactitud (p.ej reposición de equipos con una vida útil inferior a 20 años).

La fórmula de actualización de valores utilizada en este Manual será:

∑= +

−=

n

tt

tt

r

CostosBeneficiosVAN

0 )1(

donde “r es la tasa de descuento, donde Beneficiost y Costost es un costo o beneficio estimado (en unidades monetarias) incurrido en un año futuro (año “t”), y VAN (en las mismas unidades monetarias) es su valor actualizado a día de hoy es.

La suma de todos los VAN’s para cada año dará el total de CCV.

A continuación se presentan las bases de los algoritmos de cálculo que serán utilizados para el cálculo del costo de ciclo de vida tanto para la extensión de red como para cada una de las tecnologías propuestas.

Las soluciones tecnológicas autónomas consideradas en este estudio son:

• Generador FV individual (o microplanta de generación FV) • Micro-planta de generación fotovoltaica + microrred • Micro-planta de generación micro hidro + microrred • Micro-planta de generación eólica + microrred



• Micro-planta de generación a biomasa + microrred

A cada una de estas soluciones tecnológicas corresponde un algoritmo para calcular los costos antes mencionados. Estos algoritmos se describen a continuacion.

b) Algoritmos de cálculo de costos de inversión

En las tablas siguientes se detallan las unidades constructivas para el cálculo de los costos de inversión que se utilizarán para cada solución tecnológica.

UNIDADES CONSTRUCTIVAS PARA CÁLCULO DE COSTOS DE INVERSIÓN (MILLONES ¢)

Inicial / Reposición

Tecnología

Unidad constructiva

Medición Parámetros necesarios

Algoritmo cálculo

Importe unitario

Importe unitario

incluye (*)

Microrred de distribución

Longitud línea (secundaria)

km dispersión (m),

nº de medidores

nivel de dispersión

(según rango definido)

$/km obra civil

Potencia paneles FV

Wp

demanda diaria de energía (dd),

asoleo (hsp), índice de

aprovechamiento global (ia)

Wp= dd / (hsp x ia)

$/Wp

llave en mano paneles FV,

soportes, reguladores

de carga

Capacidad baterías

kWh

demanda diaria de energía (dd),

días de autonomía (aut),

profundidad descarga (prof)

kWh = dd x aut / prof

$/kWh llave en mano

baterías

Micro-planta de generación FV

(también Generador FV individual)

Potencia de servicio

W

demanda de potencia (P),

factor de simultaneidad (Fs)

W = P x Fs $/W

llave en mano onduladores, protecciones, adquisición

de datos

(*) llave en mano: equipos totalmente instalados (adquisición, transporte, aduanas, impuestos)

Tabla D: Unidades Constructivas para el Cálculo de Costos de Inversión

Microrred de distribución y micro planta de generación FV





Tecnología

Unidad constructiva


Algoritmo cálculo

Importe unitario

Importe unitario

incluye (*)

Potencia grupo turbina

W

factor de carga (fc),


salto, caudal

W = P / fc $/W

llave en mano grupo turbina,

generador, control carga,

obra civil

Capacidad baterías

kWh

demanda diaria de

energía (dd), días de

autonomía (aut),

profundidad descarga

(prof)


$/kWh baterías llave en

mano

Micro-planta generación microHidro


W


factor de simultaneidad

(Fs)

W = P x Fs $/W

onduladores, protecciones, adquisición de datos llave en

mano

Potencia aerogenerador

W

demanda de potencia, velocidad viento (v),

coeficiente de potencia (Cp)

W = 1/2 (d x v3) x Cp

$/W

llave en mano aerogenerador,

obra civil, rectificador

Capacidad baterías

kWh

demanda diaria de

energía (dd), días de

autonomía (aut),

profundidad descarga

(prof)


$/kWh baterías llave en

mano

Micro-planta generación Eólica


W



(Fs)

W = P x Fs $/W

onduladores, protecciones, adquisición de datos llave en

mano

Tabla E: Unidades Constructivas para el Cálculo de Costos de Inversión

Micro planta de generación microHidro y generación eólica





Tecnología

Unidad constructiva


Algoritmo cálculo

Importe unitario

Importe unitario

incluye (*)

Potencia del gasificador

W

potencia de servicio,

rendimiento gasificador

W = Ws / rend $/W llave en mano

gasificador

Capacidad baterías

kWh

demanda diaria de energía

(dd), días de

autonomía (aut),

profundidad descarga (prof)


$/kWh baterías llave

en mano Micro-planta generación Biomasa


W



(Fs), factor de carga

(fc)

W = P x Fs / fc $/W

llave en mano grupo

electrógeno a gas

(*) llave en mano: equipos totalmente instalados (adquisición, transporte, aduanas, impuestos)

Tabla F: Unidades Constructivas para el Cálculo de Costos de Inversión

Micro planta de generación biomasa

c) Algoritmos de cálculo de costos de G&O&M En las tablas siguientes se detallan las unidades constructivas para el cálculo de los costes de G&O&M que se utilizarán para cada solución tecnológica.



UNIDADES CONSTRUCTIVAS PARA CÁLCULO DE COSTOS DE G&O&M (MILLONES ¢ / año)

Gestión, Operación y Mantenimiento

Tecnología

Unidad constructiva


Algoritmo cálculo

Importe unitario

Importe unitario incluye

Microrred de distribución

Mantenimiento $ estimación %

sobre coste de inversión

$ = % C inversion

$/año pequeño material

repuestos

Salarios Administración

mes x persona

(mp)

nº personas, % dedicación mensual (d)

salario mensual (sal)

$ = mp x sal x %d x 12

$/año coste

salarios

Salarios O&M mes x

persona

(mp)




$/año

Coste salarios + pequeño material

repuestos

Microplanta de generación FV

Seguimiento & Evaluación

$

coste fijo supervisión

técnica, seguimiento, evaluación

$ = ∑ costes fijos

$/año coste

salarios


mes x persona

(mp)




$/año coste

salarios

Salarios O&M mes x

persona

(mp)




$/año


repuestos

Microplanta generación micro Hidro


$




$/año coste

salarios

Tabla G: Unidades Constructivas para el Cálculo de Costos de G&O&M

Microrred de distribución, micro planta de generación FV y microHidro



UNIDADES CONSTRUCTIVAS PARA CÁLCULO DE COSTOS DE G&O&M (MILLONES ¢ / año)

Gestión, Operación y Mantenimiento

Tecnología

Unidad constructiva


Algoritmo cálculo

Importe unitario

Importe unitario incluye


mes x persona

(mp)




$/año coste

salarios

Salarios O&M mes x

persona

(mp)




$/año


repuestos

Microplanta generación Eólica


$




$/año coste

salarios


mes x persona

(mp)




$/año coste

salarios

Salarios O&M mes x

persona

(mp)




$/año


repuestos


$




$/año coste

salarios Microplanta generación

Biomasa

Combustible ton

Demanda anual energía

(da), consumo

específico (ce, en ton/kWh),

coste combustible

(com, en $/ton),

estimación coste

lubricante (lob)

$ = da x ce x (coste com +

coste lub) $/año

coste de adquisición y transporte

del combustible + lubricante

Tabla H: Unidades Constructivas para el Cálculo de Costos de G&O&M

Microplanta de generación eólica y biomasa



Es importante observar que la valoración de los costes de G&O&M dependerá del esquema de gestión del servicio eléctrico que se implemente en las infraestructuras fuera de red.

1.17 Selección tecnologica final En muchas áreas rurales, el servicio de electricidad es muy reciente. El presente Manual pretende mostrar algunas aplicaciones de la electricidad y orientar a los productores rurales, en la elección de los equipos eléctricos necesarios para su emprendimiento productivo.

Para llevar adelante un emprendimiento productivo es necesario evaluar la demanda de electricidad que generaran los equipos eléctricos que se van a utilizar. Según el tipo de demanda (carga) se podrá determinar la fuente de electricidad más apropiada.

Las principales fuentes de energía que suministran energía eléctrica son las siguientes: solar fotovoltaica, eólica, hidroelectricidad, las cuales se denominan energías renovables. En contraste, un generador eléctrico diesel y la red interconectada por lo general se denominan energías no-renovables. Las energías renovables utilizan al sol, viento o agua (por medio de una caída de agua o la corriente de un río) como fuentes de energía. En cambio las no renovables utilizan combustibles como la gasolina, el diesel o el gas natural.

Para las demandas muy bajas y donde no hay otras fuentes de electricidad, la energía solar fotovoltaica y la energía eólica pueden satisfacer la demanda. En cambio cuando las demandas son medianas o altas es necesario contar con otras opciones: la red eléctrica (donde exista este tipo de servicio), un generador eléctrico (a diesel o gasolina), o un sistema hidro-eléctrico.

En cualquier caso es necesario consultar con un técnico especializado que evaluará la demanda total del emprendimiento productivo y aconsejará el tipo de fuente que deberá adoptarse.

1.17.1 Que tecnologia usar?

El uso de equipos eléctricos transforma los procesos de producción haciendo que éstos sean más rápidos, ahorrando tiempo y mano de obra, y permitiendo que los ingresos sean mayores.

Se pueden encontrar muchos tipos de equipos eléctricos en las tiendas y ferreterías. Existen de todo tipo de calidad. Para escoger de forma correcta un equipo es necesario preguntar por la garantía y por el servicio de reparación que ofrece el vendedor. También es muy importante preguntar a vecinos u otros productores sobre la calidad de los equipos para tener una buena orientación.

La información que se presenta en lo que sigue es solo orientativa. El productor, según su experiencia, debe tomar la decisión final de invertir en los equipos eléctricos que se muestran en el presente Manual. Es necesario tomar en cuenta las siguientes reglas de la economía:

� Todo buen negocio mantiene un equilibrio entre ingresos y gastos (egresos). � Toda nueva inversión incrementa los gastos, por lo tanto, hay que asegurar más ingresos para

cumplir con la primera regla. � Cuando se invierte en equipos eléctricos, se deben añadir a los gastos totales: la depreciación

del equipo, los costos de mantenimiento y el consumo de electricidad. � La depreciación del equipo es la cantidad de dinero que periódicamente se necesita ahorrar

para comprar una nueva máquina al cabo de su ciclo de vida. � Los gastos de mantenimiento son los que se emplean periódicamente en reparaciones y

repuestos para mantener el equipo en buenas condiciones de operación. � El consumo es el pago por la electricidad consumida al utilizar el equipo eléctrico.

El presente Manual pretende proporcionar los datos y herramientas necesarias para seleccionar tanto las opciones tecnologías productivas como las tecnologías energéticas apropiadas para estos usos.



ANEXOS



ANEXO 1: Recursos de energías renovables en Bolivia

a) Potencial Solar

En Bolivia, casi tres millones de personas en el área rural no tienen acceso a la energía eléctrica convencional y se encuentran marginadas de los beneficios que representa su utilización.

Adicionalmente, por la alta dispersión geográfica en muchos casos, la respuesta natural a esta falta de energía parece estar constituida por las energías renovables y, particularmente la energía solar.

El potencial energético solar de Bolivia es uno de los más altos del mundo, pudiéndose disponer - casi en cualquier punto del país – de un potencial promedio de 5 kWh/m2/día. Aún así es prudente considerar la variación de radiación solar en los diferentes meses del año, debido al cambio de posición de la tierra en su órbita alrededor del sol. Un ejemplo de estas variaciones a lo largo de un año se puede observar para la región de Cochabamba en la siguiente figura.

Sin embargo en Bolivia, estos cambios estaciónales de la energía solar están bastante atenuados y no existen grandes diferencias entre los valores máximos y mínimos, porque en invierno, la mayor parte del tiempo el cielo está despejado y, a pesar de que existe una menor radiación solar y menos horas de sol, se tiene un aprovechamiento aceptable de la energía solar.

En Bolivia, las regiones del Altiplano y de los Valles interandinos reciben una alta tasa de radiación solar, entre 5 a 6 kWh/m2/día, dependiendo de la época del año. En la zona de los llanos la tasa de radiación media se sitúa entre 4.5 a 5 kWh/m2/día12.

Esta energía es suficiente para proporcionar diariamente 220 Wh/día de energía eléctrica a través de un panel fotovoltaico de 50 Wp.

Se puede observar que los valores medios de la radiación solar varían para las zonas del Altiplano, Valle y Llanos. Las zonas de la región del Altiplano presentan la mayor tasa de radiación, disminuyendo hacia las zonas del Llano.

Los altos valores de radiación solar en Bolivia, se deben a la posición geográfica que tiene su territorio, el cual se encuentra en la zona tropical del Sur entre los paralelos 11° y 22° Sur. Por

12 Proyecto Inti K´anchay. ENERGETICA. 1994



ello, las tasas de radiación entre la época de invierno y verano no representan diferencias que sobrepasen el 25%, a diferencia de otras regiones del globo que se encuentran a latitudes mayores. Sin embargo, la presencia de la Cordillera de los Andes modifica en alguna medida la radiación solar, beneficiando con una mayor tasa a las zonas altas como el Altiplano.

Se puede concluir que la utilización de la energía solar a nivel de todo el territorio nacional es factible, a excepción de algunas zonas, que representan en su conjunto, menos del 3% del territorio nacional, que han sido identificadas como de formación de nubes y que corresponden a las fajas orientales de la Cordillera de los Andes. En estas zonas, la tasa de radiación solar es muy baja haciendo impracticable su utilización.

b) GLP en el área rural

No existe información confiable y precisa del volumen de ventas de GLP en el área rural, pues dado que existen muy pocas engarrafadoras rurales (Caranavi, Atocha, Villazón, etc.) la mayor parte del combustible se distribuye, desde las engarrafadoras urbanas, a través de distribuidoras al por menor y por comerciantes informales que atienden las ferias rurales.

Sin embargo, estudios realizados por ESMAP identificaron varias características del consumo y estimaron la cantidad de GLP consumida en el área rural.

Fuente: Encuesta de Consumos de Energía en el Área Rural. ESMAP-INE.1991

El consumo de GLP está destinado, principalmente, a la cocción de alimentos y, en menor grado, al servicio de iluminación doméstica. En 1991 se estimó que las familias rurales bolivianas consumían anualmente cerca de 49.000 Ton y 7.000 Ton de GLP por año, para cocción de



alimentos e iluminación, respectivamente. El consumo total de GLP para cocinar se distribuye, según zona biogeográfica, en las proporciones mostradas en el mapa anterior13.

c) Diesel en el área rural

El diesel es el combustible utilizado en prácticamente todos los sistemas aislados existentes para atender las demandas de electricidad de esas poblaciones.

TENDENCIA DEL CONSUMO DE DIESEL GENERACION ELECTRICA SISTEMAS AISLADOS

1995 A 2004

y = 1,4375x - 2850,1

R2 = 0,9335

15,0

17,0

19,0

21,0

23,0

25,0

27,0

29,0

31,0

33,0

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

(en

MM

de

litro

s p

or

año

)

ASIGNACION EJECUTADA TENDENCIA HISTORICA

Fuente: VMEEA

En el gráfico se muestra la tendencia histórica del consumo de diesel para la generación eléctrica. Cada año se requieren en promedio 1,43 millones de litros adicionales de diesel para satisfacer la demanda. Esto significa que se requieren de Bs 1,41 millones adicionales de subsidio anualmente, equivalentes a casi $US 180.00014, pues su precio en Bolivia es mucho menor que el precio de mercado internacional. Las ciudades de Trinidad, Cobija, Riberalta y Guayaramerín consumen el 73% del total de diesel demandado para la generación de electricidad.

La evolución del consumo de diesel a partir del 16 de Noviembre de 2000 hasta el 31 de Diciembre de 2004 muestra que se han dispuesto 114,03 millones de litros de gas oil en la generación de electricidad y se han absorbido Bs 105.785.873,14 de subsidio. Ello significa que el promedio de subsidio durante este periodo ha alcanzado a Bs 0,92 por cada litro de diesel.

Por último, debe tomarse en cuenta, también el consumo de diesel para iluminación doméstica, por medio del uso de diferentes tipos de mecheros, que aunque como efecto es importante, el volumen no ha sido cuantificado a nivel nacional, contándose solamente con datos muéstrales por zonas. Sin embargo, una estimación realizada15 señala que, como mínimo, serían 3 millones de litros de diesel los que se destinan al área rural para iluminación y, en todo caso, este diesel no es abastecido a través de los surtidores comerciales.

d) Potencial hidroeléctrico

Bolivia tiene un importante potencial hidroeléctrico del cual apenas el 3% (460 MW) se encuentra en actual explotación; sin embargo, con esa reducida cantidad se genera el 48% de la energía eléctrica que se consume en el país, cubriendo el 8% de la demanda nacional de energía.

13 “Encuesta de Consumos de Energía en el Área Rural, ESMAP-INE.1991 14 Informe Gas Oil – VMEEAT del 20 de Octubre de 2004 de Enrique Birhuett a Lic. Carlos Romero – Viceministro de Electricidad, Energías Alternativas y Telecomunicaciones. 15 El cálculo realizado por ENERGETICA estima que 300.000 hogares consumen un promedio de 10 litros/año de diesel para mecheros.



El potencial hidráulico ha sido evaluado en el Estudio de Planificación Energética Rural para Bolivia, MEH 1990, y un mapa que resume estos hallazgos se muestra a continuación.

Fuente: Planificación Energética Rural para Bolivia. MEH. Gernot Ruths. 1990

El estudio de Ruths indica que, para áreas con un potencial específico superior a 100 GWh/km2/año, los costos de inversión media en micro centrales hidroeléctricas (sin incluir líneas de transmisión), pueden estar en 1.000 $US/kW, con costos de energía entre 5 y 10 ctv. $US/kWh. En áreas con potencial de 50 a 25 GWh/km2/año, los costos de inversión podrían alcanzar entre 1.500 y 2.500 $US/kW. Finalmente en zonas con potencial entre 25 y 1 GWh/km2/año, los costos de inversión suben a valores críticos entre 2.500 y 5.000 $US/kW.

Bolivia cuenta con las condiciones físicas necesarias para encarar un desarrollo del potencial hidráulico en condiciones sumamente ventajosas respecto a otros países.

e) Potencial Eólico

En Bolivia existe muy poca información sobre el potencial eólico, especialmente aquella que cumple con un mínimo de condiciones acerca de: ubicación, altura de los sensores y calidad de los instrumentos.

Normalmente, los datos sobre velocidad de viento provienen de estaciones agro meteorológicas y de aeropuertos, los cuales son puntuales (uno o dos datos en el día y a diferentes horas) y a alturas variadas.



Por otro lado, la diversidad geográfica de Bolivia impide un conocimiento exacto del potencial eólico, ya que éste tiene una excesiva localidad y consiguientemente alta variabilidad. En general, experiencias de aprovechamiento eólico se refieren a bombeo mecánico de agua y generación eléctrica de pequeña escala. Las áreas de instalación de bombas mecánicas multipala desde hace unos 15 años atrás, se realizaron en Santa Cruz en las colonias Mennonitas, en Oruro y en la zona de Uyuni en Potosí en base a diferentes proyectos.

A continuación se puede ver una imagen del potencial eólico para Bolivia, en valores indicativos de W/m2. Si se considera que para uso doméstico y productivo es viable el aprovechamiento de la energía eólica a partir de 50 W/m2, es posible identificar zonas distribuidas en el trópico y altiplano con regímenes de viento suficiente (Altiplano 154 W/m2 y Santa Cruz 232 W/m2).

Fuente: Planificación Energética Rural para Bolivia. MEH. Gernot Ruths. 1990

Algunos datos puntuales de potencial se muestran a continuación.

• En La Paz, Oruro y algunas zonas del Altiplano, existe un potencial importante de alrededor de 4 m/s (estudio realizado por JICA).

• En Potosí, un programa de la Unión Europea, PROQUIPO, realizó la evaluación de potencial eólico en la zona del Salar de Uyuni, con el objetivo de instalar, a futuro, sistemas de bombeo eólico para riego de cultivos de quinua. En algunas zonas se encontraron potenciales entre 4 m/s y 7 m/s, sin embargo, no era una cualidad general de la región sino puntual de algunas zonas 16.

• En Cochabamba, en el Aeropuerto se ha registrado un promedio anual menor a 3 m/s, pero en la zona de Yuraj Molino, cantón Pocona de la Provincia Carrasco, se tienen promedios anuales de 4.5 m/s.

16 Evaluación del Potencial Eólico y Solar en la región de Uyuni. PROQUIPO. ENERGETICA 1.996



• Santa Cruz, en el Aeropuerto se ha registrado una velocidad de viento promedio de 5.5 m/s. En zonas como la Bélgica, eventualmente se tendrían valores más altos hasta de 5.7 m/s. En zonas aisladas como Comarapa, se están midiendo velocidades de viento (promedio anual) de casi 5 m/s.

La gran característica de los vientos en el Altiplano es que son horarios y responden a un comportamiento térmico. JICA (2001) realizó la evaluación de 5 sitios en La Paz y también de otros 5 lugares en Oruro, donde se corroboraron estas apreciaciones iniciales.



ANEXO 2: Recursos de energías renovables en Paraguay

a) Energía solar

El Paraguay dispone en la totalidad de su territorio de buenas condiciones de irradiación solar, que varían relativamente poco entre las diferentes regiones del país. Se cuenta con datos provenientes de mediciones terrestres sobre periodos suficientemente largos provenientes de varias estaciones meteorológicas. El INTN realizó en 1994 un estudio de "Estimación de la Distribución de la Radiación Solar Global en la República del Paraguay". Se utilizaron para el efecto datos de insolación diaria de 14 estaciones, de las cuales, 4 se encuentran en el Chaco y 10 en la Región Oriental, con series de por lo menos 5 años de duración. Además, para determinar los coeficientes de la fórmula de equivalencia entre la insolación y la radiación solar global, se utilizaron datos de algunas estaciones de países limítrofes, tales como Argentina y Brasil, así como datos de mediciones satelitales.

Los datos de radiación global diaria sobre una superficie horizontal que se obtuvieron de esta manera varían, según el sitio, en promedio anual, entre 16.2 y 18.2 MJ/m2.

Para el mes de enero varían entre 20.5 y 22.9 MJ/m2 y en para julio entre 9.9 y 13.3 MJ/m2. En el verano se registran los valores más altos en la zona de Asunción y en el sudoeste del país y los valores más bajos en el norte del Chaco y el sudeste de la región oriental. En invierno, en cambio, hay una disminución gradual de los valores de radiación global desde el norte hacía el sur del país.

Fuente: Proyecto Multilateral OEA SEDI/AICD/AE Nº 071/01 "Energización de Centros Comunitarios Rurales" Consultor: Jaime B.A. Moragues (febrero 2002)



Fuente: Proyecto Multilateral OEA SEDI/AICD/AE Nº 071/01 "Energización de Centros Comunitarios Rurales" Consultor: Jaime B.A. Moragues (febrero 2002)

b) Energía eólica

Los recursos eólicos en Paraguay, a excepción de algunas regiones, no son muy abundantes. Existen datos de medición de velocidad y dirección de vientos sobre largos periodos de 29 estaciones meteorológicas repartidas por todo el territorio nacional. Para evaluar el recurso eólico y su potencia de aprovechamiento energético, el INTN realizó y publicó en 1997 un estudio detallado sobre la materia, titulado "El Recurso Eólico en Paraguay", en el cual se tomaron también en cuenta datos de estaciones cercanas de los países vecinos Argentina, Bolivia y Brasil. Los resultados de dicho estudio pueden ser resumidos de la siguiente manera:

Las zonas de mayor recurso eólico son las siguientes: en el noroeste del país los valores de energía anual disponible a 15 m de altura se encuentran entre 500 y 1,500 kWh/m2 con un gradiente ascendiente hacia el noroeste. Otra zona con valores superiores a 500 kWh/m2 es el nordeste de la Región Oriental, es decir principalmente el Departamento de Amambay, más algunas islas que se encuentran en el sur de Asunción, en el sur de Ñeembucú y en Itapúa. El mapa abajo representa la distribución de la energía media anual.

La situación no varía significativamente analizándola a escala mensual. Los meses de enero y julio muestran una distribución muy similar a la de la media anual. Sin embargo, los valores absolutos muestran variaciones bastante importantes en el transcurso del año. Los meses de mayor viento se hallan esencialmente en los meses de junio a octubre. Los meses de menor viento son principalmente diciembre a marzo.



Fuente: INTN, El recurso eólico en Paraguay

Otro hecho a tomar en cuenta en el momento de evaluar la posibilidad de aprovechar el recurso eólico a fines energéticos es la frecuencia de las calmas y de vientos de poca velocidad, es decir, inferiores a 2 m/s. Dicha frecuencia, según las estaciones, varía entre 25 y 85% con un promedio de 45 a 50%. La franja de velocidades de 2 a 4 m/s, que tampoco son muy interesantes para el aprovechamiento energético, tiene frecuencias que varían entre 10 y 40% con un promedio de 25 a 30%. Estos valores indican que los eventos que influyen en la energía media del año son relativamente poco frecuentes, lo que dificulta el aprovechamiento del viento como fuente de energía.

c) Energía hidroeléctrica

En cuanto a la energía hidráulica el Paraguay tiene recursos muy abundantes, pero aprovechados, hasta ahora, principalmente a gran y muy gran escala, es decir en las represas de Acaray, Itaipú y Yacyretá, las dos últimas aprovechando la energía del caudaloso río Paraná. Sobre el mismo río está planeado construir entre las dos existentes otra represa, Corpus, sin que su ubicación esté todavía definida con exactitud.

A pequeña escala sin embargo no existen prácticamente instalaciones de aprovechamiento de energía hidráulica, a pesar del importante potencial que existe sobre todo en los afluentes del río Paraná, que por la topografía accidentada de la zona no solamente tienen caudal en forma permanente, sino en muchos casos también desniveles importantes.

Los numerosos afluentes del río Paraguay, cuya cuenca cubre gran parte de la región oriental y el este del Chaco, también representan un potencial interesante de aprovechamiento de energía a través de la instalación de micro turbinas. Datos cuantitativos sobre el potencial hidráulico fuera de los grandes ríos sin embargo no se encuentran disponibles en la actualidad, pero está previsto estudiar el tema en el marco del Proyecto "Electrificación Rural Descentralizada con Energías Renovables" presentado al GEF.



d) Biomasa

La biomasa juega un rol muy importante en la matriz energética del Paraguay basada principalmente en la leña, el carbón vegetal y los desechos de cosecha (bagazo de caña de azúcar, cascarillas de cereales, etc.).

En el presente capítulo se mencionan las formas no convencionales de biomasa, es decir esencialmente los bio-combustibles como biogás, bio-diesel y alcohol.

En líneas generales se puede decir que, hasta el año 2005, a excepción del alcohol producido a partir de la caña de azúcar, que tiene una cierta tradición en Paraguay, el uso de bio-combustibles se encontraba todavía en un estado incipiente. Sin embargo, el aumento incesante del precio del petróleo en los últimos meses causó un impacto creciente con las consiguientes consecuencias, tanto a nivel de la población como ce las autoridades, respecto a la necesidad de fomentar la producción de bio-combustibles en Paraguay.

En este sentido fue promulgado en el año 2005 la Ley Nº 2748/05 de Fomento de los Bio-combustibles y, en el 2006, su reglamentación por Decreto Nº 7412. Fue elaborado por el "Grupo Impulsor de Bio-combustibles", un organismo interinstitucional, integrado por entidades estatales (VMME, MIC, MAG, MOPC, PETROPAR, INTN) y del sector privado (Centro Azucarero, Cámara Paraguaya del Bio-diesel, entre otros). El Decreto Nº 637 apoya esta base legal creando la coordinación de planificación de las actividades de bio-combustibles, responsable por la planificación de actividades, y el relacionamiento con organismos internacionales. La evaluación y monitoreo de los proyectos. Normas Técnicas y Resoluciones17 complementan este marco regulatorio básico.

Alcohol

La caña de azúcar está entre los primeros cinco rubros de mayor importancia económica y segundo en su impacto social en cuanto a fuente de ingresos para los cerca de medio millón de pequeños agricultores que componen el sector rural del Paraguay.

Asimismo, la industria alcoholera-azucarera integra una cadena productiva de amplia repercusión socioeconómica para los productores primarios, los productores de miel y la producción industrial.

Los cultivos de caña de azúcar en el país cubren actualmente 70.000 Has, en las cuales se producen 3.500.000 Ton de caña, destinadas en 30% a la producción de etanol y 70% a la producción de azúcar.

Existen actualmente ocho empresas productoras de etanol a partir de la caña de azúcar, con una capacidad total de producción de 97.000 m3 por año. La más grande, que se encuentra en la localidad de Mauricio José Troche, Dpto. de Guairá, es propiedad de PETROPAR y utiliza el alcohol producido como aditivo para ciertos tipos de nafta que está comercializando. Otros fabricantes importantes de alcohol absoluto son: Azucarera Paraguaya en Tebicuary, Dpto. de Guairá y OTISA en Arroyos y Esteros, Dpto. de Cordillera. Según la información de la CICAL (Centro Industrial de la Caña y del Alcohol), que agrupa a 25 empresas del sector, la producción anual de alcohol en Paraguay se eleva actualmente a unos 50 millones de litros. Dicha cantidad incluye también el alcohol utilizado con fines industriales, para la elaboración de bebidas y para el uso medicinal.

17 Se refiere a la Norma Paraguaya Nº 025, al Proyecto de Norma 16 018 05 y a las Resoluciones MIC tales como, entre otras, la nº 234/07, 235/07.



Fuente: Estudio de los Biocombustibles en el Paraguay, Joao Carlos Quijano, mayo 2007

De acuerdo al balance energético del año 2003, fueron utilizados en el país solamente cerca de 1 millón de litros de este bio-combustible con fines energéticos. El mencionado gremio de los industriales del sector tiene como objetivo de impulsar la producción de alcohol para ser utilizado como combustible en vehículos automotores.

El porcentaje establecido de mezcla de etanol en la gasolina oscila entre el 18 y el 24%.

Impulsar dicha producción no solamente ayudaría a reducir las importaciones de nafta, sino también a aliviar la pobreza del campesinado a través de la ampliación del cultivo de caña de azúcar. Actualmente existen casi 1 millón de hectáreas de cultivos de este rubro en Paraguay.

Bio-diesel

La elaboración de biodiesel a partir de la soja o grasa animal implica opciones inmediatas que tiene el Paraguay por la gran disponibilidad de materia prima.

Se están llevando a cabo trabajos de investigación y desarrollo para la identificación de otras materias primas de mayor rentabilidad y con mayor impacto positivo en la generación de empleo, tales como palma, coco, tártago, jatropha, nabo forrajero, sésamo y girasol.

La meta es producir en el país 120.000 m3 de biodiesel por año para el 2011, lo que equivale a la demanda local para una mezcla del 10% con el gas oil.

Hasta hace poco, el bio-diesel era producido solamente en forma artesanal y en pequeñas cantidades. Sin embargo, hace unos meses se formó la Cámara Paraguaya del Bio-diesel BIOCAP, que agrupa a personas físicas y jurídicas interesadas en el tema. Para impulsar la producción de bio-diesel en Paraguay, dicho gremio elaboró un Plan Nacional de Bio-diesel, que fue presentado a autoridades del Gobierno y al Congreso Nacional.

Los fuertes incrementos del precio del petróleo durante los últimos meses dieron a este Plan un impulso importante. Los lípidos que tienen el mayor potencial para servir como materia prima para la producción de bio-diesel son los aceites de coco (mbocayá), tártago y soja, así como la grasa animal sobre vacuna y avícola que tiene un valor económico inferior en el mercado en comparación con los aceites vegetales.

Fuente: Estudio de los Bio-combustibles en el Paraguay, Joao Carlos Quijano, mayo 2007



Para obtener apoyo financiero e impulsar la producción de bio-diesel en Paraguay representantes de la mencionada Cámara y del Gobierno Nacional mantuvieron hace meses atrás negociaciones con empresarios y representantes del Gobierno de Alemania, con resultados bastante prometedores.

En mayo de 2007, se desarrollo el Seminario de Bio-combustibles Paraguay - Brasil donde los presidentes de Brasil y Paraguay firmaron importantes acuerdos para impulsar lo concerniente a bio-combustibles.

e) Síntesis de los recursos energéticos renovables

El análisis del potencial de las arriba mencionadas fuentes renovables de energía (solar, eólica e hidráulica) puede resumirse en el siguiente mapa elaborado por el VMME, que divide el territorio nacional en zonas de alto potencial por una a varias de estas fuentes tomando en cuenta también el factor costo / eficiencia.

Se considera que el recurso solar presenta una uniformidad y valores de radiación excelentes en todo el país, lo que significa que es apto para su aprovechamiento en todo el territorio. Las zonas amarillas representan las regiones con mayor potencial de energía solar como recurso más costo eficiente.

Las zonas naranjas, representan aquellas con buenos promedios anuales de velocidad del viento (4 a 6 m/s), pero, en las que se considera que por la elevada frecuencia de calmas y vientos de baja velocidad, sería recomendable optar en esas regiones por soluciones híbridas solar - eólica.

Las zonas en verde representan la región de mayor concentración de cauces hídricos de diverso tamaño del país con una topografía que permite concluir que las soluciones micro hidráulicas tienen el potencial de ser las más costo / eficientes.

Fuente VMME - Proyecto ERERD / PNUD-GEF

El Plan Estratégico del Sector Eléctrico (PESE) para el periodo 2004-2013, elaborado a petición del Gobierno de Paraguay, define como objetivo estratégico la seguridad en la introducción y el suministro de dichas energías renovables.



En este sentido, la Ley Nº 3009/2006 sobre la “Producción y el transporte independiente de energía eléctrica (PTIEE)” define las políticas nacionales de integración, diversificación y complementación energética regional para el desarrollo sustentable.

d20 guías para la energización de microemprendimientos

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