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PROPUESTA DE UNA SOLUCIÓN ENERGÉTICA PARA UNA COMUNIDAD
AISLADA EN EL CARIBE COLOMBIANO
ANDREA CAROLINA CUSVA GARCÍA
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Bogotá, Colombia
2020
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PROPUESTA DE UNA SOLUCIÓN ENERGÉTICA PARA UNA COMUNIDAD
AISLADA EN EL CARIBE COLOMBIANO
ANDREA CAROLINA CUSVA GARCÍA
Universidad de los Andes
Presentado en cumplimiento parcial de los requisitos para el grado de:
Ingeniera eléctrica
Asesor:
Dr. Guillermo Andrés Jiménez Estévez
Sustentación de proyecto de grado:
11 de junio 2020
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Bogotá, Colombia
2020
3
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, me gustaría agradecer a mis padres Ulpiano Cusva y Liliana García por
apoyarme a lo largo de mi vida, ser los promotores de mis sueños y enseñarme la
importancia de valorar cada momento y asumir los retos con amor, perseverancia,
disciplina y humildad. Asimismo, quiero agradecerle a mi hermana, mejor amiga y
confidente Camila Cusva, quién ha sido mi soporte en los momentos de dificultad.
En segundo lugar a quien admiro, Guillermo Jiménez, por asesorarme a lo largo del
desarrollo del proyecto y además, brindarme conocimientos y oportunidades para
continuar en el camino del aprendizaje.
En tercer lugar, me gustaría agradecer a todos los docentes que a lo largo de mi trayectoria
académica me han compartido conocimientos, herramientas de aprendizaje y lecciones de
vida.
Por último, pero no menos importante a mis amigos, con quienes he compartido y vivido
momentos de felicidad y frustración. Asimismo, les brindo mis agradecimientos por
enseñarme el valor de la amistad y las virtudes de trabajar en equipo.
4
ABSTRACT
Worldwide, approximately 13% of the population don’t have access to electricity. For this
reason, the program S44ALL (Sustainable Energy For All) was created by the United
Nations, which principal purpose is to improve the use of non-conventional renewable
energy sources, which over time, has become a solution to poor and insufficient
electrification in specific areas. Nowadays and over time, the Levelized Cost of Energy
associated to green technologies like solar panels and wind turbines will reduce, and also,
new advances in terms of materials are increasingly. In Colombia, 425000 families don’t
have access to electricity. Therefore, the government it has been encouraging and
promoting coverage of the non-interconnected areas of the country with clean sources,
which is why the development of microgrids over time has become an increasingly
interesting solution.
Based on this, the present project aims to propose an energy solution for the electrification
of an isolated community on the Colombian Caribbean coast, in order to take advantage of
the energy potential by using renewable sources to design an isolated microgrid.
Keywords: Load Profile, Microgrid, Not interconnected area, rural electrification, Solar
energy.
5
CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... 8
1.1 Motivación ...........................................................................................................................................................8
1.2 Objetivos...............................................................................................................................................................9
1.2.1 General .........................................................................................................................................................9
1.2.2 Específicos ...................................................................................................................................................9
1.3 Alcance ..................................................................................................................................................................9
2. ANTECEDENTES ...................................................................................................................................... 11
2.1 Externos ............................................................................................................................................................. 11
2.2 Locales.................................................................................................................................................................. 11
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................................................... 13
3.1 Energías renovables ..................................................................................................................................... 13
3.2 Recursos no renovables .............................................................................................................................. 14
3.3 Microrred .......................................................................................................................................................... 14
3.3.1 Concepto ................................................................................................................................................... 14
3.3.2 Componentes .......................................................................................................................................... 15
3.3.3 Configuración microrredes eléctricas ........................................................................................... 16
4. METODOLOGÍA Y CASO DE ESTUDIO .............................................................................................. 17
4.1 Recolección de la información ................................................................................................................. 17
4.1.1 Información del municipio ................................................................................................................ 17
4.1.2 Aspectos geográficos vereda ............................................................................................................ 19
4.1.2 Aspectos sociales y etnográficos ..................................................................................................... 19
4.1.3 Instituciones y espacios públicos presentes .............................................................................. 20
4.1.4 Aspectos económicos y productivos ............................................................................................. 22
4.1.5 Necesidades Insatisfechas ................................................................................................................. 22
4.2 Caracterización del potencial energético ............................................................................................ 25
4.3 Estimación y proyección de la demanda .............................................................................................. 25
4.3.1 Perfil de demanda residencial .......................................................................................................... 25
4.3.2 Perfil de demanda institución educativa El Reposo ................................................................ 27
4.3.3 Perfil de demanda salón comunal .................................................................................................. 28
4.3.4 Estimación demanda alumbrado público y cancha de fútbol ............................................. 28
4.3.5 Total demanda Victoria Dos Bocas................................................................................................. 29
4.3.6 Proyección de la demanda ................................................................................................................. 30
6
4.4 Elección de la solución energética .......................................................................................................... 31
4.4.1 Datos de entrada .................................................................................................................................... 32
4.4.2 Análisis de las alternativas y selección de la solución ........................................................... 34
4.4.3 Dimensionamiento de los componentes ...................................................................................... 35
4.5 Selección de la estructura de control y monitoreo .......................................................................... 39
4.5.1 Control primario ................................................................................................................................... 39
4.5.2 Control secundario .............................................................................................................................. 39
4.5.3 Sistema de medición ........................................................................................................................... 40
4.6 Dimensionamiento de la microrred ....................................................................................................... 40
4.6.1 Topología ................................................................................................................................................. 41
4.6.2 Dimensionamiento conductores .................................................................................................... 43
4.7 Análisis técnico ............................................................................................................................................... 45
4.7.1 Flujos de potencia ................................................................................................................................. 45
4.7.2 Discusión viabilidad técnica ............................................................................................................. 48
4.8 Determinación costo de inversión .......................................................................................................... 49
4.8.1 Inversión inicial .................................................................................................................................... 49
4.8.2 Costo asociado a reemplazos ............................................................................................................ 50
4.9 Propuesta modelos de negocio ................................................................................................................ 51
4.9.1 Subsidiado ............................................................................................................................................... 54
4.9.2 Modelo pago por servicio ................................................................................................................... 57
4.9.3 Modelo con Asociaciones Público-Privadas (APP) .................................................................. 62
4.9.4 Discusión ................................................................................................................................................... 64
5. CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 65
6. REFERENCIAS .......................................................................................................................................... 66
7. ANEXOS .................................................................................................................................................... 70
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Aspectos físicos Copey ............................................................................................................................... 18
Tabla 3 Valores mínimo, promedio y máximo, tamaño fincas y número de sus miembros ......... 21
Tabla 4 Participación de actividades económicas miembros vereda ..................................................... 23
Tabla 5 Aspectos principales vereda Victoria Dos Bocas ............................................................................ 25
Tabla 10 Consumo equipos institución educativa El Reposo .................................................................... 28
Tabla 11 Consumo equipos Salón comunal ....................................................................................................... 29
Tabla 12 Demanda diaria salón comunal ........................................................................................................... 29
Tabla 13 Demanda Total vereda ............................................................................................................................ 30
Tabla 21 Líneas con mayor cargabilidad............................................................................................................ 47
7
Tabla 23 Pérdidas del sistema escenarios 3 ,4 y 5 ......................................................................................... 49
Tabla 25 Costos asociados al reemplazo de baterías y convertidores. .................................................. 51
Tabla 27 Características principales modelos de negocio analizados ................................................... 53
Tabla 28 Costos variables anuales microrred .................................................................................................. 54
Tabla 30 Pago mensual consumo residencial y público............................................................................... 55
Tabla 32 Costo mensual O&M modelo subsidiado ......................................................................................... 57
Tabla 33 Alternativas tarifarias modelo de negocio subsidiado. ............................................................ 57
Tabla 34 Valor a pagar mensualmente por alternativa: Modelo subsidiado ...................................... 58
Tabla 35 Tarifa basada en el mercado: Modelo subsidiado ...................................................................... 58
Tabla 36 Costos fijos anuales modelo Operador privado ........................................................................... 59
Tabla 37 Pagos debido a la inversión y reemplazo de equipos, sector privado................................ 60
Tabla 39 Valor a pagar mensualmente por alternativa:Modelo pago por servicio/ privado ....... 61
Tabla 43 Costos fijos anuales: Modelo APP ...................................................................................................... 64
Tabla 44 Tarifa basada en el mercado: Modelo APP ..................................................................................... 64
Tabla 45 Pago mensual usuario: Tarifa microrred y basada en el mercado, modelo APP ............ 65
LISTA DE IMÁGENES
Imagen 1 Resultados esperados proyecto ......................................................................................................... 11
Imagen 2 Funcionamiento básico módulo fotovoltaico [20] ..................................................................... 14
Imagen 4 Configuración microrred conectada a la red de distribución ................................................ 16
Imagen 5 Configuración microrred aislada. ...................................................................................................... 17
Imagen 6 Metodología diseño microrred ........................................................................................................... 18
Imagen 9 Distinción miembros vereda ............................................................................................................... 21
Imagen 11 Cancha de fútbol vereda ..................................................................................................................... 22
Imagen 12 Salón comunal vereda Victoria Dos Bocas. ................................................................................. 23
Imagen 14 Vivienda 2 Vereda ................................................................................................................................ 24
Imagen 17 Perfil de demanda residencial ......................................................................................................... 28
Imagen 18 Perfil de demanda diaria institución educativa ........................................................................ 29
Imagen 19 Demanda diaria alumbrado público .............................................................................................. 30
Imagen 21 Demanda vereda fin de semana ...................................................................................................... 31
Imagen 23 Diagrama módulo dimensionamiento de componentes ....................................................... 33
Imagen 25 Estructura general microrred .......................................................................................................... 36
Tabla 15 Dimensionamiento componentes microrred ............................................................................... 37
Imagen 26 Producción eléctrica anual tecnologías de generación.......................................................... 37
Imagen 30 Estructura de control y monitoreo microrred .......................................................................... 41
Imagen 31 Topología microrred ............................................................................................................................ 42
Imagen 32 Perfiles de tensión usuarios .............................................................................................................. 48
Imagen 34 Participación elementos en la inversión...................................................................................... 51
Imagen 35 Flujo de caja proyecto ......................................................................................................................... 52
Imagen 38 Esquemas tarifario: Modelo pago por servicio/empresa privada .................................... 60
Imagen 39 Esquemas tarifarios modelo pago por servicio, operador público ................................... 62
8
1. INTRODUCCIÓN 1.1 Motivación
En Colombia, se les conoce como Zonas No Interconectadas (ZNI) a los territorios (principalmente
rurales) que carecen de la prestación del servicio eléctrico. El factor común de estas zonas es la
densidad poblacional y la mejorable calidad de vida, debido a las dificultades socioeconómicas que
presentan [1]. Las ZNI se encuentran en la zona rural de 15 departamentos, los cuales equivalen al
52% del territorio nacional [2]. Las microrredes implementadas en el mundo, sirven de ejemplo
como soluciones a problemas de confiabilidad, uso eficiente de la energía, seguridad en el
suministro, entre otros; por lo cual las microrredes se constituyen en una alternativa de
alimentación de ZNI para el entorno Colombiano [3].
En el municipio del Copey, ubicado en el noroccidente del departamento del Cesar, son más de 600
familias las que no cuentan con electricidad, las cuales se encuentran localizadas en la mayor parte
de las veredas que componen al municipio (70), como lo son: La Laguna, Alto Minas, La Nevera,
Victoria Dos Bocas, Alejandría, La Legua, El Reposo, La Ley de Dios, entre otras [4]. El factor común
de estas comunidades es que no gozan de la prestación del servicio eléctrico, además de otros como
alcantarillado, acueducto, gas natural, etc. En [5] se plantea la existencia de una alta correlación
entre el desarrollo económico y social de un territorio con el acceso a la electricidad. Esto se
evidencia con las consecuencias que conlleva para la calidad de vida de las familias de las veredas,
aspectos como la inseguridad ocasionada por la falta de alumbrado público, el carente acceso a las
nuevas tecnologías de comunicación e información, desventajas en la productividad, insuficiente
servicio educativo lo que implica barreras en la educación, entre otros
Sin embargo, al ser zonas rurales de difícil acceso debido a la topografía del municipio, entregarles
energía eléctrica a los habitantes a partir de redes convencionales representa un desafío desde un
punto de vista técnico y económico. Es por esto que la implementación de microrredes a partir de
la integración de la generación distribuida (GD), es una alternativa para la electrificación. Esto a
partir que el Copey cuenta con un alto potencial de energía solar que puede ser altamente
aprovechado para producir electricidad; por lo cual, se plantea la planeación de una micrrored
compuesta principalmente por paneles fotovoltaicos, baterías e inversores para producir y entregar
energía a las familias que componen a una de las veredas del municipio, denominada Victoria Dos
Bocas.
9
1.2 Objetivos
1.2.1 General
Planear y diseñar una micrrored como solución energética para la electrificación de una vereda
aislada localizada en el caribe colombiano, a partir de la realización de análisis en aspectos sociales,
económicos y técnicos.
1.2.2 Específicos
Definir las necesidades energéticas de la vereda Victoria Dos Bocas para el adecuado
dimensionamiento de la solución energética.
Realizar la investigación y recolección de información con respecto a las condiciones
meteorológicas y los recursos naturales disponibles en la zona de estudio.
Definir los componentes de la micrrored, de manera que se optimicen los recursos
económicos y energéticos.
Realizar el dimensionamiento de la microrred de acuerdo a estudios técnicos pertinentes.
Proponer distintos modelos de negocios y alternativas para la financiación del proyecto y
la estructuración de tarifas.
Determinar si la implementación de una microrred en la vereda aislada Victoria Dos Bocas
en el municipio El Copey es económica, técnica y socialmente viable.
Brindar una solución a la falta de cobertura eléctrica de la vereda Victoria Dos Bocas, de
manera que sea posible mejorar la seguridad y la calidad de vida de sus habitantes
1.3 Alcance
El presente proyecto de grado busca presentar el diseño de una microrred como solución energética
para la electrificación de una comunidad localizada en el departamento del Cesar, Colombia. Debido
a esta localización, solo se contemplará la energía solar como fuente no convencional de energía.
Sin embargo, se busca una solución donde mínimo el 90% de la producción energética provenga de
los paneles fotovoltaicos y la menor parte sea suministrada por un generador diésel. La principal
razón de esto, es lograr aprovechar el gran potencial solar de la zona y además, obtener costos de
operación y mantenimiento razonables.
Para la determinación de la demanda energética, se realizará un estudio local, en donde se
identifiquen aspectos sociales y demográficos, de manera que se cuente con información real y
actualizada sobre los miembros de la comunidad. Asimismo, se utilizará información suministrada
por la UPME sobre consumos residenciales promedios para zonas rurales .Por otro lado, la
información relacionada con la irradiación solar disponible, temperatura diaria promedio y horas
de brillo solar , será suministrada por la fuente secundaria IDEAM, de manera que no se realizarán
mediciones específicamente en la vereda. Asimismo, cabe destacar que no se cuenta con
información exacta sobre la dimensión de la vereda y las distancias entre los usuarios. Además, no
10
se considerará alguna limitación geográfica y aspectos como la posesión privada o pública del
terreno donde se ubicarán las fuentes de generación y por donde pasarán las líneas de transmisión.
De igual manera, no se realizará una ingeniería conceptual a detalle, por lo cual no se contemplarán
aspectos como la coordinación de protecciones; selección y adecuación de postes, aisladores, entre
otros.
Para la determinación de los componentes que compondrán a la microrred, se utilizará el software
HOMER (Hybrid Optimization Model for Multiple Energy Resources), de manera que la solución
elegida represente un punto de equilibrio entre el costo de inversión por usuario el costo de
operación anual por usuario, por lo cual que no se utilizarán otros criterios y variables de selección
como la ocupación del terreno, etc.
Por otro lado, para la determinación de la viabilidad técnica de la solución, se realizarán flujos de
carga en el software NEPLAN en distintos escenarios de generación y demanda, con el propósito
garantizar que los perfiles de tensión de los usuarios se encuentren dentro de los rangos
contemplados por la regulación colombiana y que las líneas que componen al sistema de
distribución no presenten sobrecargas.
Finalmente, se presentarán distintos modelos de negocios con diferentes alternativas tarifarias
para la solución diseñada. Sin embargo, para la determinación del costo asociado a la inversión, no
se contemplarán aspectos relacionados con la ingeniería básica y/o detalle. Asimismo, debido a que
se desconoce concretamente la disposición a pagar por parte de las entidades públicas, privadas y
demás fuentes de financiación como los fondos dispuestos por el Estado para las Zonas No
Interconectadas (ZNI), no se seleccionará el modelo de negocio y estructura tarifaria para la
microrred, de manera que solamente se enunciarán las alternativas de financiación analizadas para
la zona de estudio.
En la siguiente imagen se presentan los principales alcances y resultados esperados del proyecto.
Imagen 1 Resultados esperados del proyecto
Recolectar información específica de la zona de
estudio
Establecer una alta participación de
generación renovable
Proponer una solución energética
técnicamente viable
Proponer modelos de negocios viables
Diseñar una microrred aislada en la zona de
estudio.
11
2. ANTECEDENTES 2.1 Externos
El desarrollo de microrredes con el paso del tiempo se ha convertido en una solución a la deficiente
e insuficiente electrificación en zonas específicas. Actualmente se conocen una variedad de
metodologías para la planeación de microrredes que buscan una electrificación exitosa de zonas
rurales a partir del aprovechamiento de los recursos naturales disponibles localmente. Palit y
Bandyopadhay [6] plantean la importancia de conocer y relacionar aspectos como la función de
demanda, el costo de entregar energía, los beneficios socioeconómicos, los desafíos técnicos y
finalmente, los impactos que conlleva la planeación y posterior instalación de microrredes en
comunidades aisladas al sur de Asia. En [7] se presenta la electrificación de Nassau, un pueblo
compuesto por 92 hogares localizado en la isla Koro, Fiyi. La microrred diseñada se planificó de
acuerdo a factores técnicos, económicos y meteorológicos, por medio del software HOMER. Los
componentes básicos son un generador diésel, paneles fotovoltaicos, bancos de baterías e
inversores, los cuales se seleccionaron para obtener una solución técnica y económicamente viable.
Finalmente, como resultado se obtuvo la importancia de conocer adecuadamente la información
local como la demanda, y el potencial energético para garantizar la prestación de un servicio de alta
calidad.
En América Latina se han desarrollado proyectos para la electrificación rural, como es el caso de
Huatacondo, un territorio asilado ubicado en el desierto de Atacama, Chile. La microrred se planteó
como una solución a la deficiente cobertura de electricidad en la zona, al proveer 24 horas de
servicio eléctrico. La principal característica es la inclusión del sistema SCADA, el cual se caracteriza
por relacionar a la comunidad con el sistema, por lo cual los miembros de la comunidad juegan un
papel fundamental en la planeación, funcionamiento y operación de la solución energética [8]. Con
el proyecto, factores como las actividades económicas, la calidad de vida, el bienestar social, la
desventaja productiva y el desarrollo de la región mejoraron.
2.2 Locales
En Colombia, el servicio de energía eléctrica en las ZNI es un aspecto que con el pasar de los años
ha ganado prioridad. Es por esto que se han venido planeando proyectos a lo largo del país, a partir
de los Planes Nacionales de Desarrollo para consolidar la cobertura en las cabeceras municipales,
además de impulsar esquemas de generación de energía con fuentes no convencionales y sistemas
híbridos que buscan la eficiencia energética. A partir del Plan Energético Nacional (PEN) busca
promover la universalización y asequibilidad al servicio eléctrico, por lo cual la Unidad de
Planeación Energética ha elaborado metodologías como la conocida como Planes de Energización
Rural Sostenible (PERS), que buscan desarrollar proyectos sostenibles en lo social, ambiental,
12
tecnológico y económico en las zonas rurales con características específicas que no cuentan con la
cobertura del servicio [9].
Por otro lado, en Colombia solo es conocido un proyecto de energía eólica a gran escala y algunos
pequeños proyectos solares (baja escala) [10]. Esto se debe a factores como la poca disponibilidad
de información local, relacionada con los potenciales energéticos, la demanda energética, entre
otros. Sin embargo, la electrificación rural por medio de microrredes es una alternativa altamente
evaluada y considerada, debido a las ventajas como la utilización de energías limpias, el
aprovechamiento de potenciales energéticos y los beneficios sociales, como mejoras en la calidad
de vida, disminución de la desigualdad ciudad-campo, el mejoramiento de actividades productivas,
el impacto económico positivo en la región, incremento en el consumo, entre otros [11].
El principal ejemplo local de una microrred es la diseñada en la Guajira, al norte del país. La
microrred funciona con el sistema SCADA y se compone por generadores solares y eólicos
principalmente, debido al alto potencial eólico de la zona [12]. Los principales retos que afronta
este proyecto energético se relacionan con el aspecto social, dado a que las comunidades presentan
diferencias económicas y culturales muy marcadas. Sin embargo, debido a la cantidad de áreas sin
acceso al servicio eléctrico en Colombia, la implementación de microrredes que cuenten con el
apoyo de las comunidades y demás agentes, es una solución que poco a poco va tomando fuerza.
A nivel de sostenibilidad, la implementación de microrredes sostenibles representa la necesidad de
realizar transformaciones en el sector eléctrico colombiano, de manera que se minimicen las
barreras relacionadas con estas soluciones energéticas: Déficit en las estructuras de mercado, la
regulación en tarifas y barreras económicas. Principalmente es necesario fortalecer el marco
normativo al realizar un diseño regulatorio que incorpore incentivos en la política energética, crear
mecanismos para vincular la inversión privada, incentivar esquemas empresariales AD-HOC,
desarrollar capacidades tecnológicas, promocionar y facilitar acceso a incentivos o subsidios en
proyectos FNCER y promover e incentivar el uso eficiente de tecnologías [13].Sin embargo, la ley
1715 de 2014 promueve el aprovechamiento de fuentes no convencionales de energía al fomentar
incentivos como exenciones de IVA, deducciones en la declaración de renta, créditos verdes,
depreciación de equipos acelerada, entre otros; de manera que se estimule la inversión ,
investigación y desarrollo para la producción de energía a partir de estas fuentes [3].
Adicionalmente, en busca de lograr la universalización del servicio eléctrico, el Gobierno Nacional
ha diseñado y formado diversos fondos como Fondo de Apoyo Financiero para la Energización de
las Zonas Rurales Interconectadas (FAER), Fondo de Apoyo Financiero para la Energización de las
Zonas no Interconectadas (FAZNI) , Fondo de Energía no Convencionales y Gestión Eficiente de
Energía ( FENOGE), entre otros [14].
13
3. MARCO TEÓRICO
3.1 Energías renovables
Las energías renovables son aquellas que se obtienen a partir de fuentes naturales que generan
energía de forma indefinida. Por ejemplo, la energía solar, eólica, hidráulica, mareomotriz,
geotérmica y biomasa (materia orgánica). Las principales ventajas son: Bajo impacto negativo sobre
el medio ambiente (consideradas limpias), pueden ser explotadas a nivel local, reducen los costos
de producción energética y finalmente, producen energía de manera inagotable. [15]
Energía solar
La energía solar es la producida por la luz o calor del sol para la generación de electricidad
o calor. Al ser una fuente renovable, es inagotable, amigable con el medio ambiente,
disponible en todo el mundo y es obtenida por medio de paneles y espejos. [16].Además
es abundante, la cantidad de energía que el sol vierte diariamente sobre la Tierra es diez
mil veces mayor a la que se consume al día en todo el mundo. De acuerdo a la Union of
Concerned Scientist, con solo 18 días de irradiación solar sobre la tierra contienen la misma
cantidad de energía que la acumulada por todas las reservas mundiales de carbón,
petróleo y gas natural. Por estas razones, es considerada como la alternativa para
reemplazar a energías no renovables como la fósil. De acuerdo al Banco Mundial, se prevé
un crecimiento de la energía solar en los países en desarrollo rápido y que finalmente,
desplazará poco a poco a los combustibles fósiles. Principalmente porque además de los
beneficios mencionados, los costos de la generación solar fotovoltaica vienen
disminuyendo en forma acelerada [17].
Para aprovechar el recurso solar como energía eléctrica, se utilizan módulos o paneles
fotovoltaicos. Estos módulos son un conjunto de placas que utilizan el efecto fotoeléctrico
para convertir la luz del sol en electricidad. Normalmente están compuestos por silicio y
aprovechan la energía de los fotones presentes en la luz para hacer saltar un electrón del
silicio [18]. La suma de varios electrones provoca el flujo de una corriente eléctrica. Esta
corriente generada por los paneles es continua, por lo cual, para su instalación se requiere
de conversores de corriente DC/AC para obtener corriente alterna. De acuerdo a la
configuración del silicio los paneles solares pueden ser policristalinos o monocristalinos
[19].
Por otro lado, debido a que la irradiación solar es intermitente, normalmente los sistemas
que cuentan con paneles solares requieren la instalación de un sistema de
almacenamiento, de manera que se logre guardar la electricidad para momentos donde no
sea posible obtener la energía del sol.
14
3.2 Recursos no renovables
Son aquellos recursos naturales que no pueden regenerarse a un ritmo que haga sostenible su tasa
de consumo. Por consiguiente, corren el riesgo de escasear, debido a su desaparición o degradación.
Son recursos finitos que existen en cantidades fijas o son creados naturalmente pero a un ritmo
lento. Además, algunos de estos recursos son altamente empleados por la sociedad industrial,
principalmente para la obtención de energía. Los principales recursos no renovables son:
hidrocarburos como el petróleo, carbón y gas mineral; los minerales terrestres como el oro, la plata
y uranio [21]. Debido a la agotabilidad de estos recursos y las consecuencias que sus extracciones
implican, como la emisión de gases de efecto invernadero y la contribución a la contaminación, la
humanidad está constantemente en busca de nueva fuentes o vías alternas de obtención.
3.3 Microrred
3.3.1 Concepto
El departamento de energía de Estados Unidos definió el concepto de microrred como la
combinación de un grupo de cargas interconectadas y de un sistema de recursos energéticos
distribuidos que se comportan como una sola entidad coordinada y controlable, cuya operación es
posible de acuerdo a dos modalidades: conectada a la red o independiente a esta; es decir, modo
isla [22].
Imagen 2 Funcionamiento básico módulo fotovoltaico [20]
15
Imagen 3 Configuración típica microrred [23]
Los generadores empleados en microrredes normalmente son fuentes no convencionales de
energía. Las características técnicas de una microrred la hacen adecuada para suministrar energía
en áreas remotas o de difícil acceso [24].
3.3.2 Componentes
Una microrred típica presenta la configuración observada en la Imagen 3 y se compone de los
siguientes sistemas:
Imagen 3 Configuración típica microrred
Sistema de generación: Denominados sistemas de generación distribuida, donde los
generadores se localizan cerca a los centros de consumo. Las principales fuentes de
generación de electricidad empleadas en las microrredes son motores de combustión
interna, turbinas de gas, paneles solares, turbinas eólicas y micro turbinas hidráulicas
[25].
Sistema de almacenamiento: Son empleadas baterías, volantes de inercia, condensadores,
superconductores, entre otros.
Sistema de distribución: Para las microrredes se utiliza la misma red de distribución
convencional pero con modificaciones en cuanto a la escala. De manera que una microrred
busca integrar múltiples usuarios con diversos sistemas de generación y almacenamiento
a una pequeña red de baja tensión. La topología es mayormente de tipo radial con
múltiples conexiones (trifásicas y monofásicas) y cargas de diferente naturaleza. Sin
embargo, las cargas comúnmente son de tipo residencial y agro-industrial para las zonas
rurales.
Sistema de control, protección y monitoreo.
16
3.3.3 Configuración microrredes eléctricas
Se identifican tres diferentes configuraciones de microrredes eléctricas:
Microrred conectada a la red de distribución: La microrred siempre funcionará conectada
a la red de distribución eléctrica. Por consiguiente, no es necesario que la demanda total
de la carga sea proporcionada por las fuentes de generación distribuida [25]. En la
siguiente figura se observa a una microrred conectada a la red de distribución.
Imagen 4 Configuración microrred conectada a la red de distribución
Microrred aislada: Tiene como principal característica la autonomía, puesto que no está
conectada a la red de distribución eléctrica. Por consiguiente, para poder suplir a la
demanda, la generación debe ser igual o superior a esta.
Imagen 5 Configuración microrred aislada.
Microrred híbrida: Normalmente la microrred estará conectada a la red de distribución.
Sin embargo, es posible que la microrred se desconecte de la red y funcione de manera
autónoma cuando se presenten fallas en la red o situaciones de contingencia.
17
4. METODOLOGÍA Y CASO DE ESTUDIO
Para el diseño de la microrred se implementó la metodología para comunidades asiladas
presentada en la Imagen 6, la cual se planificó y diseñó de acuerdo a metodologías existentes para
la planeación y diseño de microrredes para la electrificación rural [26].La metodología se compone
de 9 módulos: Recolección de información de la zona de estudio ( aspectos demográficos, sociales
y económicos), caracterización del potencial energético ( irradiación solar mensual, horas de brillo
solar y temperatura promedio mensual), estimación y proyección de la demanda energética;
elección de la solución energética, selección de la estructura de control y monitoreo,
dimensionamiento de la microrred (selección de conductores y planteamiento de la topología) ,
análisis técnico ( regulación de tensión, pérdidas y cargabilidad) , determinación del costo asociado
a la inversión del proyecto y finalmente; se encuentra el módulo donde se presentan propuestas
de modelos de negocios y alternativas tarifarias para la sostenibilidad de la microrred.
Imagen 6 Metodología diseño microrred
4.1 Recolección de la información
La comunidad de estudio se encuentra ubicada en la vereda Victoria Dos Bocas, localizada en el
municipio El Copey, en el departamento del Cesar, Colombia.
4.1.1 Información del municipio
El municipio El Copey se localiza en el departamento del Cesar, Colombia. En la siguiente tabla se
presentan las principales características físicas del municipio.
Recolección de
Información
Caracterización del Potencial
Energético
Estimación y proyección
de la Demanda
Dimensionamiento componentes
Selección Estructura de
Control y monitoreo
Dimensionamiento de la microrred
Análisis técnico
Determinacióncosto de
inversión
Proposición modelos de
negocio y tarifas
18
Tabla 1 Aspectos físicos Copey
Aspecto Valor
Altura sobre el nivel del mar 180 [m]
Latitud 10 ° 9’
Longitud 73 ° 28’
Extensión Total 96.810,561 [km2]
Población 27.212
La división política y administrativa se caracteriza por la distinción de tres corregimientos (Chimila,
San Francisco, Caracolicito) y 70 veredas que integran 7 sectores. Además, el municipio cuenta con
3 ríos, 54 quebradas y 21 arroyos.
El municipio presenta gran parte de viviendas con carencia de servicios públicos básicos,
principalmente en las veredas localizadas en el sector 5, como lo son El común, El Saltillo, La Ley de
Dios, Loma Fresca, Maizmorocho, Nuevo Mundo, Quebrada de Arena y Victoria Dos Bocas [4] .
Imagen 7 Localización municipio El Copey
19
4.1.2 Aspectos geográficos vereda
La entrada a la vereda Victoria Dos Bocas se encuentra a 7.51 km aproximadamente del área urbana
del municipio y la vía rural de comunicación denominada Victoria Dos Bocas-Quebrada Arena es de
9 km. Se localiza en el sector 5 del municipio y el centro poblado es rural.
Imagen 8 Entrada y acceso a la vereda
Son dos quebradas las presentes en la vereda: Quebrada de Arena y El Saltillo. Además la
comunidad cuenta con un pozo para el consumo del recurso hídrico.
Tabla 2 Aspectos geográficos vereda
Aspecto Valor
Altura sobre el nivel del mar 180 [m]
Latitud 10 ° 05’´35,55’’
Longitud 73 ° 55’11,39’’
Temperatura media 34,75 [°C]
Clima Cálido- Seco
4.1.2 Aspectos sociales y etnográficos
Para la recolección de información, se realizaron encuestas y entrevistas a las distintas familias que
componen la vereda Victoria Dos Bocas, principalmente por la inexistente información sobre
aspectos sociales, económicos, etnográficos, entre otros. En anexos se encuentran los formatos de
las encuestas aplicadas.
En total son 43 familias las que componen a la vereda, siendo un total de 127 personas: 34 niños,
32 mujeres y 61 hombres.
20
Imagen 9 Distinción miembros vereda
En promedio son 3 personas por vivienda y como se evidencia en la Tabla 3, las fincas tienen un
tamaño promedio de 30 hectáreas.
Tabla 3 Valores mínimo, promedio y máximo, tamaño fincas y número de sus miembros
Mínimo Promedio Máximo
Tamaño [ ha] 10 30 60
Miembros 1 3 14
De acuerdo con la información suministrada por los miembros de la vereda, todos son unidos y no
se evidencian problemas de convivencia. Por otro lado, al no poseer alumbrado público, durante las
noches algunos habitantes se sienten inseguros de salir de sus viviendas; sin embargo es una vereda
tranquila. Con respecto a las festividades celebradas a lo largo del año, se realizan eucarísticas los
fines de semana y de vez en cuando se desarrollan eventos recreativos como izadas de banderas,
presentación de obras de teatro, celebración por el día de la mujer, entre otras.
La organización social de la Victoria Dos Bocas es la conformación de juntas de acciones comunales,
donde son elegidos por parte de los habitantes un presidente y un vicepresidente por un periodo
de 4 años.
4.1.3 Instituciones y espacios públicos presentes
Institución educativa El Reposo: Cuenta con 4 salones de clase, 1 baño para damas, 1 baño
para caballeros, 1 pequeña sala de profesores y finalmente la oficina del rector del Colegio,
distribuidos en los 3 bloques de la institución. Actualmente cuenta con 40 estudiantes,
quienes asisten a clases durante la mañana (6:00 am a 12:00 pm).
25%
48%
27%
Habitantes Victoria Dos Bocas
Mujeres Hombres Niños
21
Imagen 10 Institución educativa El Reposo
Cancha de fútbol: es utilizada para el entretenimiento de los habitantes de la vereda,
principalmente de los niños. Sus dimensiones son de 65 m de largo y 30 m ancho
aproximadamente, por lo cual el área es de 1950 m2.
Imagen 11 Cancha de fútbol vereda
Salón comunal: se localiza a pocos metros de la institución educativa. Es utilizado para
desarrollar eventos como izadas de bandera, eventos sociales y principalmente
celebraciones religiosas (sábados y domingos 7 am).
22
Imagen 12 Salón comunal vereda Victoria Dos Bocas.
4.1.4 Aspectos económicos y productivos
Las principales actividades económicas son la siembra de cultivos de mango, yuca, ñame, plátano,
naranja, mango, limón, aguacate (agricultura) y la Ganadería (ganado y cerdos).
En la siguiente tabla se observa la participación de las familias en las actividades económicas, siendo
la agricultura la predominante, donde el ingreso del campesino o agricultor es producto de la
producción agrícola, el cuál es regido por factores exógenos de riesgo como variaciones de clima y
precios del mercado.
Tabla 4 Participación de actividades económicas miembros vereda
Aspecto Total Viviendas Porcentaje [%]
Agricultura 37 86,04
Ganadería 6 13,95
Por otro lado, el ingreso mensual de las familias se encuentra entre el mínimo vigente ($877.000)
y $900.000.
4.1.5 Necesidades Insatisfechas
Los miembros de la vereda Victoria Dos Bocas no cuentan con la prestación del servicio eléctrico,
al igual que de acueducto, alcantarillado, aseo, y gas natural. Actualmente la leña es la fuente
utilizada para la cocción de los alimentos. Solamente 3 familias tienen plantas eléctricas con
potencias de 3kW, 4 kW y 6,6 kW; las cuáles son puestas en funcionamiento por un periodo máximo
de 3 horas al día, utilizadas principalmente para la iluminación de las viviendas. A partir de esto,
surge la necesidad de plantear una solución energética que permita inicialmente, suministrar de
23
energía eléctrica para el consumo residencial, la energización de la institución educativa,
alumbrado público y demás espacios comunes.
Los miembros de la comunidad han presentado quejas a la alcaldía del municipio, pidiendo una
solución a esta falta de servicios públicos, pues la escasez de agua durante los meses de sequía
también es un problema identificado. Sin embargo, debido a que la vereda se encuentra en una zona
rural, la conexión al SIN o la electrificación por medio de redes de distribución existentes no ha
resultado conveniente para los operadores; por lo cual, con el pasar del tiempo, las familias siguen
sin gozar del servicio energético. Por otro lado se evidencia un débil esquema institucional del
municipio del Copey para atender las necesidades de la población de la vereda.
La calidad en la educación es un factor a tener en cuenta, debido a que los 40 estudiantes que asisten
a la institución El Reposo no cuentan con la posibilidad de emplear nuevas tecnologías que les
permitan afianzar y complementar conocimientos. Además de que el entorno no es el mejor,
aspectos como las altas temperaturas en los salones de clase y la falta de iluminación, limitan el
proceso de aprendizaje. Además de esto, para las familias el no tener electricidad en la actualidad,
representa un atraso, puesto que esto ocasiona efectos como dificultad en la refrigeración de
alimentos perecederos, aumento de estrés debido a las altas temperaturas en la vereda, limitadas
horas de estudio y esparcimiento en los hogares, barreras en el desarrollo económico de la vereda,
bajo acceso a la tecnología por la inexistencia de energía, entre otros.
Imagen 13 Vivienda Vereda
Imagen 14 Vivienda 2 Vereda
A partir de lo planteado, se identifica la necesidad de diseñar una solución energética para la
electrificación de la vereda Victoria Dos Bocas que se encuentra aislada, con el objetivo de mejorar
la calidad de vida de sus habitantes. En la Tabla 5 Aspectos principales vereda Victoria Dos Bocas se
resumen las principales características de la vereda anteriormente mencionadas.
24
Tabla 5 Aspectos principales vereda Victoria Dos Bocas
Aspecto Valor
Centro poblado Rural Número de Viviendas 43 (fincas-Familias)
Número de habitantes 127
Servicios públicos Ninguno
Fuente Hídrica Quebradas Arena y Saltillo. Actividades económicas Agricultura y Ganadería Organización Social Juntas de acción comunal ( Presidente y vicepresidente)
Instituciones Institución Educativa El Reposo ( 40 alumnos)
Zonas comunes 1 cancha de fútbol , 1 salón comunal Condiciones climáticas Soleado la mayor parte del año
Fuente de energía principal Leña Ingreso Promedio familia [$] 900.000
De acuerdo a la necesidad de electrificación, como lo muestra la siguiente gráfica, el 100% de las
familias estableció como principal prioridad la iluminación de sus viviendas. Además, dos familias
además de la iluminación, consideran importante la refrigeración y ventilación.
Imagen 15 Priorización uso de la electricidad habitantes vereda
Por otro lado, con respecto a la cuestión sobre cuánto dinero estarían dispuestas a pagar
mensualmente las familias por el servicio eléctrico (todas aceptaron pagar), se identifican los
resultados presentados en la Tabla 6.
Tabla 6 Valor a pagar por las familias mensualmente
Aspecto Valor
Moda $ 10.000
Promedio $ 12.907
Valor Max $ 20.000
Valor Min $ 10.000
43
1 1
Priorización uso de la electricidad
Iluminación Refrigeración Ventilación
25
4.2 Caracterización del potencial energético
Para la caracterización del potencial energético en la vereda, se tomaron los datos de radiación y
brillo solar del instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM). A partir de
los datos se evidencia que en el municipio hay una alta concentración de radiación solar, con valor
promedio de 5,58 kWh/m2 cada día [27]. El promedio de horas de brillo solar (HBS) para el
municipio del Copey es de 6,7 [28].
Tabla 7 Características potencial solar
Mes Irradiación Global media diaria
[ kWh/m^2]
Horas de Brillo Solar
Temperatura Diaria
[ °C]
Enero 5,75 8,4 36 Febrero 6,25 8,1 37 Marzo 5,75 7,0 37 Abril 5.75 6,8 36 Mayo 5,25 6,1 34 Junio 5,25 6,0 35 Julio 6,25 6,7 35 Agosto 5,75 6,2 35 Septiembre 5,25 6,0 34 Octubre 5,25 5,3 32 Noviembre 5,25 6,4 32 Diciembre 5.25 7,7 34
4.3 Estimación y proyección de la demanda
Para la estimación de la demanda, se realizó el perfil de consumo para cada vivienda, la institución
educativa y el salón social. Asimismo se estimó la demanda debida al alumbrado público y la cancha
de fútbol.
4.3.1 Perfil de demanda residencial
El consumo básico rural para cada vivienda cubre la iluminación, refrigeración, televisión, punto de
carga de celular, radio y ventilación. Los datos del consumo se establecen apartir del Proyecto de
Energización Rural SosteniblE de Valledupar [28] , lo establecido por la UPME en el Plan Indicativo
de Expansión de Cobertura 2016-2020 [9] y de acuerdo a la caracterización energética del sector
residencial urbano y rural en Colombia [29].
26
Tabla 8 Equipos dimensionados para el consumo residencial
Equipo Cantidad Horas al Día de uso
Potencia [W] [30]
Energía [kWh] Distribución horas
diarias
Bombillos 5 7 11 0,055 4,5,18,19,20,21,22
Nevera 1 24 70 0,070 Todo el día
Ventilador 1 6 57 0,057 12,13,15,20,21,22
Televisor 1 7 100 0,100 12,13,15,16,19,20,21
Celular 1 5 2,4 0,002 8,9,16,17,18
Radio 1 5 100 0,100 5,6,11,14,17
Durante los días sábados y domingos, se establece que el ventilador y el televisor se utilizarán por
8 y 9 horas al día respectivamente.
Tabla 9 Consumos residenciales
Aspecto [ kwh/ día]
Consumo diario vivienda Día de semana 3,619
Consumo diario vivienda fin de semana 3,933
Valor real consumo diario vivienda 3,71
Total consumo Residencial diario 159,317
Como se evidencia en la siguiente imagen, el consumo propuesto mensualmente para cada vivienda
se encuentra por encima de 90 kWh, siendo este valor de referencia establecido por la UPME para
el consumo de viviendas rurales.
Imagen 16 Consumo mensual vivienda
En la Imagen 17 se observa el perfil de demanda residencial en un día de semana (43 viviendas).
112,1993,36
112,19 108,57 112,19 108,57 112,19 112,19 108,57 112,19 108,57 112,19
020406080
100120
kW
h
Mes
27
Imagen 17 Perfil de demanda residencial
4.3.2 Perfil de demanda institución educativa El Reposo
De acuerdo al número de salones y demás áreas que componen al colegio, se establece de la
siguiente manera el número de equipos básicos necesarios:
Salones de clase: 2 ventiladores de techo, 1 toma adicional, 2 luminarias.
Baños: 1 Bombillo
Sala Docentes: 3 bombillos, 1 ventilador de techo, 2 puestos auxiliares para celulares.
Oficina Rector y secretaria: 2 bombillos, 1 ventilador de techo.
Cabe resaltar que el perfil de demanda es una estimación, puesto que no se conoce con certeza el
número de elementos o equipos que requieren los miembros de la institución. Por otro lado, cabe
destacar que el colegio solo funciona durante los días de semana, por lo cual no se tienen en cuenta
sábados y domingos.
Tabla 10 Consumo equipos institución educativa El Reposo
Equipo Cantidad Horas al
Día
Potencia
[W]
Energía
[kWh ]
Distribución horaria
diaria
Bombillos 25 2 11 0,275 5,6
Ventilador 11 6 65 0,715 6,7,8,9,10,11,12
Lámpara LED 8 2 36 0,288 5,6
Toma 5 5 100 0,500 7,8,9,10,11
Celular 3 6 2,4 0,007 6,7,8,9,10,11
En la Imagen 18 , se observa que desde las 5:00 am se encienden las iluminarias de la institución
y se establece que a partir de la 13:00 pm el colegio cierra sus puertas, por lo cual no hay consumo,
teniendo en cuenta el horario de clases establecido actualmente en la vereda.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
[kW
]
Hora
Perfil de Demanda [kwh/día] Residencial
28
Imagen 18 Perfil de demanda diaria institución educativa
4.3.3 Perfil de demanda salón comunal
Se estima un consumo energético para la celebración de eucaristías o eventos sociales los días
sábados y domingos, desde las 7:00 am hasta las 9:00 am. Se dimensionan 4 ventiladores de techo,
3 lámparas LED, 1 equipo de sonido y una toma auxiliar como se observa a continuación.
Tabla 11 Consumo equipos Salón comunal
Equipo Cantidad Horas Potencia [W]
Distribución
horaria
Ventilador 4 2 65 7,8
Lámpara LED 3 2 36 7,8
Toma 1 2 100 7,8
Equipo de sonido 1 2 50 7,8
Tabla 12 Demanda diaria salón comunal
4.3.4 Estimación demanda alumbrado público y cancha de fútbol
Para la estimación de la demanda del alumbrado público y la cancha de fútbol, se identifican los
aspectos exigidos por el Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público (RETILAP) [31].
[32]. En los Anexo 3 y Anexo 4 se presentan detalladamente los procedimientos realizados.
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
KW
HORA
Consumo Colegio kWh/ día
Hora Potencia [kW]
7 0,410
8 0,410
kWh/día 0,820
29
Alumbrado público
La energía que consume el alumbrado corresponde a 8,3 kWh. Teniendo en cuenta que el
alumbrado inicia su funcionamiento a las 18:00 pm hasta las 6:00 am, se determina el
siguiente perfil de carga diario.
Imagen 19 Demanda diaria alumbrado público
Iluminación cancha de fútbol
El consumo de la cancha es de 1,1 kWh durante días sábados y domingos, entre las 5 pm y
8 pm. Siendo este el espacio estimado para que los habitantes de la vereda hagan uso de la
cancha.
4.3.5 Total demanda Victoria Dos Bocas
De acuerdo a la demanda residencial de las 43 cabañas y áreas públicas, se obtiene la demanda total
de la vereda (Tabla 13). De igual manera, en las siguientes imágenes se presentan los perfiles de
demanda diarios para los días de semana y fines de semana.
Tabla 13 Demanda Total vereda
Demanda Total Vereda [kWh/día]
Elemento Día semana Fin semana
Residencial 155,617 169,12
Públicos 107,75 102,62
Total kWh/día 263, 371 271,74
0
2
4
6
8
10
0 5 10 15 20
Po
ten
cia
[kW
]
Hora
Demanda Alumbrado Público [kwh/día]
30
Imagen 20 Demanda vereda día de semana
Imagen 21 Demanda vereda fin de semana
4.3.6 Proyección de la demanda
En la Imagen 22 se presenta la curva correspondiente a la proyección de la demanda de energía en
un periodo de 15 años. La curva se compone de distintos valores de energía, donde el año 1
representa el consumo básico las viviendas al incluir la iluminación de estas, resultado obtenido en
las encuestas como principal uso a la electricidad por parte de los usuarios. Durante los primeros
años, el consumo energético aumenta aceleradamente, debido a que los usuarios al gozar de la
electricidad, aumentan el requerimiento de la energía al utilizar nuevos elementos y dispositivos
como ventiladores, neveras, televisores, entre otros. Asimismo, la curva presenta un mayor
crecimiento al incluirse la demanda de los espacios públicos como el colegio, el salón comunal, la
cancha y principalmente el alumbrado de la vereda. Finalmente, como se observa en la gráfica, al
0,000
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
0 5 10 15 20 25
Po
ten
cia
[ k
W]
Hora
DEMANDA VEREDA DÍA DE SEMANA
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0 5 10 15 20
Po
ten
cia[
kW
]
Hora
DEMANDA FIN DE SEMANA
31
pasar varios años (aproximadamente 10) la curva empieza a estabilizarse, lo cual indica que los
usuarios consumen lo requerido y deseado. A partir de esto, la estimación de la demanda diaria
obtenida anteriormente en el presente documento, se encuentra en este fragmento prácticamente
estable, de manera que se garantiza un nivel de comodidad que suple las necesidades energéticas
de los habitantes.
Imagen 22 Proyección de la demanda diaria anual vereda
4.4 Dimensionamiento de la microrred
Para el dimensionamiento de los componentes de la microrred, se utiliza el software HOMER, el cual
cumple la función de brindar distintas alternativa de diseño para la micrrored aislada; de manera
que se aprovechen los recursos, se garantice el cubrimiento de la demanda energética y se obtenga
un equilibrio entre el costo asociado a la inversión y el costo debido al mantenimiento de los
equipos. Para la microrred asilada, como recurso renovable solamente se considera la energía solar
fotovoltaica, principalmente por el alto potencial de la zona y los beneficios que representa la
utilización de esta fuente energética. Por otro lado, como fuente no renovable se considera a un
generador térmico.
El procedimiento para identificar el dimensionamiento de los equipos que componen la microrred
aislada se presenta a continuación; el cual, se compone de 3 módulos: Datos de entrada, análisis de
alternativas y selección de la solución y finalmente, dimensionamiento de componentes.
0
50
100
150
200
250
300
0 2 4 6 8 10 12 14 16
kW
h/d
ía
Año
Proyección Demanda Diaria Anual
32
Imagen 23 Diagrama módulo dimensionamiento de componentes
4.4.1 Datos de entrada
Este módulo se compone de 4 bloques de información requerida por el software HOMER para
generar las alternativas.
Datos recurso solar
La información está relacionada con la caracterización del potencial energético de la vereda Victoria
Dos Bocas presentado anteriormente. Es decir, se requiere conocer la irradiación global media
diaria (kWh/m^2), la temperatura promedio mensual (°C) y las horas de brillo solar promedio
mensuales.
Parámetros
componentes
Perfil de demanda
energética
Datos recurso
solar
Parámetros
económicos y del
proyecto
DATOS DE ENTRADA
ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS Y
SELECCIÓN DE LA SOLUCIÓN
1) Punto de equilibrio Costo Inversión por
Usuario y costos O&M por usuario.
2) Participación de la fuente solar ≥ 90%
DIMENSIONAMIENTO COMPONENTES
33
Perfil de demanda energética
Como dato de entrada se ingresa la curva de demanda correspondiente al consumo residencial de
las 43 viviendas y la de los espacios públicos como el colegio, la cancha de fútbol, el salón comunal
y el alumbrado público.
Parámetros económicos
Hace referencia a los parámetros económicos bajo los cuáles se realizará el proyecto.
Tasa de descuento: Es el costo de capital aplicado para poder determinar el valor presente
de un pago futuro. De acuerdo a la UPME, para proyectos de electrificación se debe tener
una tasa de descuento del 12%.
Tasa de inflación: Es el aumento sostenido en los precios de bienes y servicios a través del
tiempo. Para el presente proyecto, el valor establecido corresponde a la inflación en
Colombia en el años 2019, siendo este de 3,80% [33].
Tasa de conversión pesos colombianos a dólares: Para el desarrollo del proyecto se
establece la siguiente equivalencia: 1 dólar equivale a 3.400 Pesos Colombianos.
Vida útil del proyecto: Hace referencia al tiempo en el cuál se desarrollará el proyecto y
corresponde a 25 años.
Parámetros componentes
En este bloque se requiere información de las distintas tecnologías que componen a la microrred:
Paneles fotovoltaicos, sistema de almacenamiento (baterías), generador diésel y convertidores
DC/AC. En anexos se presentan las características detalladas de cada elemento y en la siguiente
tabla los principales parámetros introducidos en el software.
Generadores fotovoltaicos
Los paneles dimensionados son JKM345M-72, los cuales son mono cristalino de 345 W
compuestos de 72 celdas [34]. El precio asociado al mantenimiento y operación del panel
representa el 3% del valor de la inversión a lo largo de su vida útil.
Generador diésel
Como referencia se utiliza un generador diésel de 30 kVA con capacidad nominal de 24 kW
[35].El costo debido al mantenimiento se obtiene a partir de los costos AOM fijos en ZNI
Colombiana presentados por la Comisión de Regulación de Energía y Gas, el cual incluye
operativos fijos (66 USD/ año) y mantenimiento fijos (6,1 USD/año) [36]. Asimismo, se
selecciona un costo asociado al consumo de combustible diésel de 0,713 USD/L [37].
Sistema de almacenamiento
El sistema de almacenamiento de la energía se conforma por un banco de baterías, el cual
atiende en compañía del generador la demanda energética. La batería seleccionada es de
plomo ácido AGM de ciclo profundo de 12 V, capacidad de 210 Ah y vida útil de 6 años [38].
34
El precio de inversión y reemplazo de la batería es de 646,58 USD. Al ser sellada no requiere
de mantenimiento.
Convertidores DC/AC
El convertidor implementado es Sunny Island 4548-US con potencia de 4,5 kW [39]. El
precio de mantenimiento se calcula a partir del 3% del costo asociado a la inversión a lo
largo de su vida útil.
Tabla 14 Características principales componentes
Característica Paneles
Solares
Generador
Diésel
Convertidores
Vida útil 25 años 15000 horas 15 años
Precio Unitario [1 kW] 425,391 USD 281,74 USD 143,636
Precio mantenimiento [1 kW] 12,75 USD 72,1 USD/ año 4,31
4.4.2 Análisis de las alternativas y selección de la solución
Una vez ingresados los datos de entrada, el software realiza numerosas simulaciones para
optimizar la arquitectura de la microrred, en función del valor presente neto del costo total de esta
a lo largo de su vida útil. Sin embargo, para efectos del proyecto, se utilizan 2 criterios de selección.
El primero es el de mayor relevancia y corresponde al punto de equilibrio entre el costo asociado a
la inversión por usuario (USD/ usuario) y el costo debido a la operación y el mantenimiento de la
microrred anualmente (USD usuario / año).
El segundo criterio está asociado a la participación de la fuente como generador de electricidad, de
manera que se garantice una participación de energía renovable de un valor mayor o igual a 90%.
Este criterio se plantea principalmente para aprovechar el potencial solar de la zona de estudio y
además, disfrutar los beneficios que brinda como la reducción en los costos de mantenimiento y su
amabilidad con el medio ambiente.
En la siguiente gráfica se observan las primeras 100 posibles soluciones encontradas, donde el eje
X corresponde a la inversión por usuario (USD/usuario) y el eje Y se compone del costo asociado a
la operación y mantenimiento anual por usuario (USD /Usuario).La solución señalada corresponde
a la seleccionada, puesto que cumple con los criterios anteriormente planteados y además, es la
primera solución óptima encontrada por el software de optimización.
Además, la producción por parte de la energía solar es de 93,4%.
35
Imagen 24 Puntos de equilibrio soluciones HOMER
4.4.3 Dimensionamiento de los componentes
En la siguiente imagen se observa la estructura general de la microrred. La cual está compuesta por:
Carga AC (Residencial y pública), generador diésel, Paneles fotovoltaicos, conversor (DC/AC) y
finalmente, un sistema de almacenamiento.
A continuación se presenta la capacidad y cantidad requerida por componente para suplir una
energía total de 969.69, 6 kWh/año.
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
2100,00 2150,00 2200,00 2250,00 2300,00 2350,00 2400,00 2450,00
Op
erac
ión
[U
SD]
Usu
ario
/añ
o
Invsersión [USD]/Usuario
Puntos de Equilibrio Soluciones Homer
Imagen 25 Estructura general microrred
36
Tabla 15 Dimensionamiento componentes microrred
Con respecto a la ocupación del terreno, se utiliza la relación: 1 MW de capacidad instalada de la
tecnología solar, requiere de 2,3 hectáreas de terreno. A partir de esto, se estima para los 79,7 kW
un espacio de 0,183 hectáreas, lo que equivale a 1833 m^2 aproximadamente.
Características componentes
A continuación, se presenta la información principal sobre el comportamiento de los componentes
a lo largo de la vida útil del proyecto. Además, en el Anexo 7, Anexo 8 y Anexo 9, se especifican
demás características sobre el funcionamiento de los paneles solares, generador diésel y
convertidores respectivamente.
Tabla 16 Cantidades componentes del sistema.
Paneles Generador diésel
Convertidores Baterías
Capacidad 79,7 kW 24 kW 22,5 KW 351 kWh Horas operación 4338 h/año 394 h/año 83366 h/año 22,2 horas autonomía
En la siguiente imagen se observa la producción eléctrica de las tecnologías de generación a lo
largo del año. En consecuencia, los paneles fotovoltaicos son los predominantes en la producción
(94,30%) evidenciándose el aprovechamiento del alto potencial solar de la región. Asimismo, se
obtiene que el generador diésel tiene una participación de 5,7% en la producción energética anual
para suplir la carga total de 96.970 kWh/año.
Imagen 26 Producción eléctrica anual tecnologías de generación
Componentes Potencia kW
Paneles 79,7
Generador diésel 24
Inversores 22,5
Baterías 140 unidades
37
Perfil de generación y demanda
Una vez dimensionada la solución, es posible identificar el comportamiento de los paneles
fotovoltaicos, baterías, generador diésel, conversores y carga a lo largo de cada hora del día. Sin
embargo, como la producción de electricidad es dominada por los generadores fotovoltaicos, los
cuales dependen del recurso solar intermitente, se pueden presentar distintos perfiles de
generación y comportamiento. A partir de esto, se diferencian dos escenarios de análisis: Un día de
la semana correspondiente a un mes donde la irradiación es considerablemente alta (escenario 1)
y por otro lado, un día de la semana perteneciente a un mes donde la irradiación recibida es
notablemente valor (escenario 2).
Escenario 1
El mes con mayor irradiación global media diaria en la vereda Victoria Dos Bocas es Julio, siendo
esta de 6,25 kWh/m^2. En este día, la planta diésel no es requerida, puesto que con la alta
producción de los paneles solares es posible suplir el total de la carga gracias al banco de baterías
y al conjunto de convertidores DC/AC. En la siguiente imagen se observa que los paneles inician a
producir a las 6:00 am; es decir, una vez sale el sol. Además, se identifica que durante las 11:00 am,
se obtiene la máxima producción (50,88 kW) y finalmente, durante la tarde hasta las 17:00- 18:00
empieza a reducirse hasta ser cero, debido a que la irradiación solar percibida es muy pequeña o
nula.
Imagen 27 Perfil de generación y demanda escenario 1
38
Escenario 2
Septiembre es un mes que presenta una menor irradiación solar, siendo esta de 5,25 kWh/m^2. En
este escenario, la producción solar no es suficiente para atender a la carga, por lo cual la planta
diésel genera la potencia requerida por esta en determinadas horas del día. En este escenario, la
máxima producción se obtiene a las 15:00 horas y equivale a 14,22 kW. Sin embargo, durante la
mayor parte del día (cuando hay luz solar), la potencia requerida por la carga es suministrada por
los convertidores.
Imagen 28 Perfil de generación y demanda escenario 2
En la siguiente imagen se observa el ciclo de carga del banco de baterías para ambos escenarios de
estudio. Se evidencia que para el escenario de alta irradiación solar, durante las horas de mayor
irradiación ( 12:00 -17:00) alcanzan un estado de carga superior al 90%.Por otro lado, en el
escenario de baja irradiación , a lo largo del día, el banco de baterías no logra un estado de carga
superior al 50%, presentándose el mayor al final de la tarde (17:00 horas), siendo este de apenas
41%.Esto evidencia la notable reducción en la producción de los paneles fotovoltaicos debido a la
disminución en la irradiación solar.
39
Imagen 29 Ciclo de carga baterías
4.5 Selección de la estructura de control y monitoreo
Para la microrred asilada la jerarquía de control se compone de dos niveles: control primario y
control secundario.
4.5.1 Control primario
Está conformado por los controladores locales, localizados en el generador diésel y en el banco de
baterías. El regulador de la planta diésel (AVR) cumple la función de asegurar que el voltaje que se
genere sea constante, de manera que cuando exista un cambio en la demanda, el voltaje esté estable
y se eviten problemas.
Para las baterías, se utilizan reguladores de carga MPPT (Maximum Power Point Tracking), los
cuales permiten obtener la máxima potencia de los paneles solares y se encargan de controlar la
cantidad de energía que fluye entre la batería y los módulos fotovoltaicos. Estos reguladores son
BlueSolar MPPT 150/85 MC4, los cuales permiten una eficiencia máxima de 98% [40].
4.5.2 Control secundario
El esquema de control secundario y sistema de comunicación es centralizado, de manera que un
controlador central es el encargado de coordinar las interfaces de potencia en la microrred [41].
Este controlador es de tipo universal (UMC) y una de sus principales funciones es controlar el
40
funcionamiento de los componentes de la microrred, proporcionando alta calidad y confiabilidad
[42].
4.5.3 Sistema de medición
Con respecto a la medición, cada vivienda y centro de consumo posee un medidor eléctrico para
garantizar una medición exacta del consumo diario mensual. Esta información mensual, es enviada
al Centro de Nacional de Monitoreo (CNM), el cuál es un área misional del Instituto de Planeación y
Promoción de Soluciones Energéticas para las Zonas No Interconectadas (IPSE). Este centro realiza
el seguimiento a la prestación del servicio eléctrico en las Zonas No Interconectadas del país,
principalmente con el fin de asegurar que a las comunidades se les asegure la prestación y calidad
del servicio.
Para obtener el consumo de cada usuario, el colegio, la cancha, el salón comunal y el alumbrado; se
utilizan medidores monofásicos y trifásicos, dependiendo de la configuración del circuito.
Medidores monofásicos: Para los circuitos monofásicos, se seleccionan medidores
bidireccionales monofásicos de 120 V a 60 Hz Eastron MODBUS MID [ 43]
Medidores trifásicos: Los medidores seleccionados para las 43 viviendas de la vereda, son
trifásicos bidireccionales LEM021GC [44].
Finalmente, en la siguiente imagen se presenta la estructura de control y monitoreo diseñada para
la microrred de Victoria Dos Bocas.
4.6 Dimensionamiento de la microrred
En este módulo de la metodología se plantea la topología de la microrred y el dimensionamiento
de los conductores.
Imagen 30 Estructura de control y monitoreo microrred
41
4.6.1 Topología
En la Imagen 31 se presenta la configuración de la red, en donde se observa la disposición física de
los elementos y la distribución de las cargas (usuarios y espacios públicos). Donde el generador
diésel, los paneles fotovoltaicos y los bancos de baterías a través de los convertidores DC/AC se
concentran en un barraje principal.
Imagen 31 Topología microrred
42
Para cada uno de los circuitos del sistema, se presenta la configuración seleccionada en la donde la
corriente es alterna (AC) y la tensión Línea-Neutro es de 120V.
Tabla 17 Configuración circuitos del sistema
Circuito Tipo Colegio Monofásico Cancha de Fútbol Monofásico Salón comunal Monofásico Alumbrado Monofásico Red de distribución usuarios Trifásico
La red de distribución del sistema se establece de configuración trifásica debido a las siguientes
razones:
Al dividirse la potencia en 3, se disminuye la corriente que fluye por el conductor, lo cual se
ve reflejado en el dimensionamiento del mismo, puesto que se requerirá de un menor
calibre y por ende, un cable de menor peso y área.
Las pérdidas por efecto Joule en las líneas de la vereda son menores si la configuración es
trifásica en lugar de la monofásica. Estas pérdidas se producen por la resistencia propia del
conductor de la línea de transmisión (𝑅𝑙í𝑛𝑒𝑎 ) y se calcula de acuerdo a la corriente que fluye
por esta (I). La siguiente expresión se utiliza para calcular las pérdidas en líneas cortas
(longitud menor a 80 km).Si el circuito es trifásico, el resultado de se triplica.
𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 [𝑊] = 𝑅𝑙í𝑛𝑒𝑎 ∗ |𝐼2|
Para identificar si realmente con el sistema trifásico se obtendrían menores pérdidas, se
realiza el cálculo a groso modo de las que se obtendrían acuerdo a la potencia máxima
requerida por los usuarios en un momento del día, siendo esta de 12,12 kW. De igual manera
se realiza el mismo procedimiento si se asume que el circuito es monofásico.
Circuito trifásico:
𝐼 = (12,12 𝑘𝑊
3 ∗ 120𝑉) ∗ 1000
I= 33,66 A
De acuerdo a esta corriente obtenida, se selecciona el calibre del conductor: El calibre es de
8 AWG con resistencia de 2,55910 Ω/ km.
𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 [𝑊] = 𝑅𝑙í𝑛𝑒𝑎 ∗ |𝐼2|
Por consiguiente, la pérdida para 1 km de línea es:
𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 [𝑊] = 3 ∗ 𝑅𝑙í𝑛𝑒𝑎 ∗ |𝐼2| ∗ 1𝑘𝑚
43
𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 [𝑊] = 8698,34~8,6988 𝑘𝑊
Circuito monofásico:
𝐼 = (12,12 𝑘𝑊
120𝑉) ∗ 1000
𝐼 = 101 𝐴
El calibre es de 4 AWG con resistencia de 1,01710 Ω/ km.
Por consiguiente, la pérdida para 1 km de línea es:
𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 [𝑊] = 10374,41 𝑘𝑊~ 10,374 kW
A partir de estos resultados, se determina que si es posible obtener menores pérdidas con
la configuración trifásica en lugar de la monofásica para la red de distribución
correspondiente a las 43 viviendas de Victoria Dos Bocas.
Al necesitar de conductores con menor calibre, se puede incurrir en menores costos. Por
ejemplo, si se selecciona el cable THHN/THWWN-2CT para los calibres anteriormente
seleccionados, 8 AWG y 4 AWG para la configuración trifásica y monofásica
respectivamente, se obtendrían los siguientes precios para una longitud de 1060 m por
cable, la cual corresponde al total de metros requerido en el sistema de distribución bajo
análisis. Cabe resaltar que el total de metros requeridos difiere de la configuración, puesto
que si es monofásica serán 2.120 m (fase y neutro) y la trifásica (3 fases y neutro) será de
4.240 m.
Tabla 18 Precios circuito monofásico y trifásico
Calibre ( AWG) $/ m [ 45] Longitud ( m) Precio Total ( $) 4 7.922 2.120 16’794.640 8 3.326 4.240 14’102.240
4.6.2 Dimensionamiento conductores
La selección de los calibres de los conductores se realiza a partir de lo establecido por el Código
Eléctrico Colombiano (NTC 2050) y en el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE).
Se consideran dos aspectos: Cumplimiento de la capacidad de conducción de corriente y el
porcentaje de caída de tensión, denominado en el ámbito técnico como Porcentaje de Regulación.
Capacidad de corriente
Es la corriente máxima en amperios que puede transportar continuamente un conductor en
condiciones de uso sin superar su temperatura nominal del servicio. De acuerdo a la sección 210-
44
19 de la Norma NTC 2050, los conductores ramales deben tener una capacidad de corriente no
menor a la carga máxima que van a alimentar.
A partir de esto, para cada ramal del sistema, se calcula la corriente que fluye por el conductor en
el escenario donde la potencia sea máxima; es decir, cuando se presente la mayor demanda de las
cargas y la máxima potencia que pueden entregar los generadores. El cálculo de la corriente
depende de la configuración del circuito, si es trifásico o monofásico.
Corriente monofásica: El voltaje corresponde a línea neutro 120 V
𝐼 =𝑃
𝑉
Corriente trifásica: El voltaje es 208 V / √3 ~120 V
𝐼 =𝑃
3 ∗ 𝑉
Una vez obtenidas las corrientes, se considera el artículo 310-15 de la Norma y la tabla 310-17 para
identificar la capacidad de corriente permisible de conductores aislados para 0 a 2000 V nominales
al aire libre , con temperatura nominal y ambiente, de 75°C y 30 ° respectivamente. De manera que
se identifican los posibles calibres a ser utilizado en el sistema. Además, se tiene en cuenta el factor
de corrección de 0,88 debido a la temperatura ambiente de la vereda, la cual oscila entre 36°C y 40
°C.
Por otro lado, se debe considerar el artículo 230-23 donde se establece que el calibre mínimo debe
ser de 8 AWG y 6 AWG para conductores de cobre y aluminio respectivamente.
Porcentaje de Regulación
Para cada ramal del sistema (incluidas las acometidas) se calcula el porcentaje de caída de tensión,
a partir de las siguientes relaciones [45].
Circuitos monofásicos:
∆𝑉𝐹𝑎𝑠𝑒−𝑁𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜 = 𝑍𝐸𝑓 ∗ 2 ∗ 𝐿 ∗ 𝐼
Circuitos trifásicos:
∆𝑉𝐹𝑎𝑠𝑒−𝐹𝑎𝑠𝑒 = √3 ∗ ∆𝑉𝐹𝑎𝑠𝑒−𝑁𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜
Donde ∆𝑉 es la caída de tensión en Voltios, 𝐿 es la longitud del circuito en km, 𝐼 es la corriente del
circuito en Amperios y 𝑍𝐸𝑓 es la impedancia eficaz en Ω/ km.
Por consiguiente, el Porcentaje de Regulación es:
% 𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = ∆𝑉
𝑉𝑟∗ 100
Donde 𝑉𝑟 corresponde al ∆𝑉𝐹𝑎𝑠𝑒−𝑁𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜 para circuitos monofásicos y ∆𝑉𝐹𝑎𝑠𝑒−𝐹𝑎𝑠𝑒 para los trifásicos.
45
Finalmente, el resultado obtenido en el cálculo del Porcentaje de Regulación es comparado con lo
establecido en la norma NTC 2050, donde al respecto se indica que la caída máxima de tensión del
circuito alimentador y el ramal hasta la salida más lejana no puede superar al 5%. Una vez
considerados estos criterios, se dimensionan los siguientes conductores:
Tabla 19 Dimensionamiento conductores
Equipo Conductor Calibre Parámetros Capacidad de
AWG R [Ω/km] X [Ω/km] Corriente [A]*
Generador Diésel Pigueon 3/0 0,42650 0,13780 277
Convertidores Quail 2/0 0,52490 0,17720 242,8 Red de THHN/THWN-2CT 8 2,55910 0,17060 61,6
Distribución THHN/THWN-2CT 4 1,01710 0,15750 110
Raven 2 0,65620 0,18040 213
(*) La capacidad de corriente incluye el factor de corrección por temperatura.
En el Anexo 10 se exponen los parámetros de las líneas de los ramales y en el Anexo 11 las propias
de las acometidas.
4.7 Análisis técnico
En este módulo, se realizan los estudios técnicos pertinentes con el fin de garantizar el adecuado
funcionamiento del sistema dimensionado. En el Anexo 12 se observa el esquemático del sistema,
el cuál es de tipología radial, compuesto por un total de 81 líneas de transmisión, 81 nodos y 47
cargas.
4.7.1 Flujos de potencia
El estudio técnico realizado en NEPLAN, consiste en verificar que se cumpla con el requerimiento
de que ningún nodo del sistema, principalmente los correspondientes a los usuarios e instalaciones
públicas, presenten un perfil de tensión inferior a 0,95 p.u y superior a 1.05 p.u. De igual manera,
verificar que ninguna línea se encuentre sobrecargada. También, se calculan las pérdidas asociadas
a las características propias de la red de distribución, producidas por los conductores.
Al presentarse distintos valores de demanda y generación a lo largo del día, se realiza el estudio
para diferentes escenarios, de manera que se garantice la viabilidad técnica del sistema.
Escenario 1: Corresponde a un día de semana a las 20:00 horas, donde se presenta la
mayor demanda. Por otro lado, la generación en este escenario difiere en el mes de
análisis. Puesto que si es un mes donde se presenta alta irradiación solar, la potencia es
suministrada por los conversores, mientras que si es en un mes de baja irradiación, la
planta diésel es la encargada de suministrar la potencia.
46
Escenario 2: Este escenario corresponde a un día de semana a las 5:00 am y se realiza
la diferenciación de acuerdo a irradiación solar percibida.
Escenario 3: corresponde a los días de semana a las 10:00 am, en donde se presenta el
menor consumo por parte de los usuarios y la mayor demanda por parte de la
Institución Educativa En este escenario, no hay diferenciación de acuerdo a la
irradiación solar.
Escenario 4: En este escenario se analiza el comportamiento del sistema para los días
sábado y domingo a las 7:00 pm, donde se estima la utilización de la cancha de fútbol.
Escenario 5: Corresponde a las 7:00 am los días sábado y domingo, donde se estimó la
utilización del salón comunal para la celebración de eventos religiosos o recreativos.
Tabla 20 Características de generación y demanda escenarios de estudio
Potencia [kW] Escenario Diésel Conversor Usuario Alumbrado Cancha Colegio Salón Carga Total
1 0 20,43 0,282 8,3 0 0 0 20,42
20,43 0 0,282 8,3 0 0 0 20,42 2 18,54 0 0,225 8,3 0 0,56 0 18,53
0 18,54 0,225 8,3 0 0,56 0 18,53 3 0 4,23 0,070 0 0 1,22 0 4,23 4 0 19,08 0,225 8,3 1,1 0 0 19,08 5 0 10,17 0,227 0 0 0 0,41 10,171
Cargabilidad de las líneas
En la siguiente tabla se presentan las líneas con mayor cargabilidad en cada escenario. Cabe
destacar, que en los escenario 1 y 2 se presentan dos líneas, debido a la diferencia en el
funcionamiento de la generación para los meses de alta y baja irradiación solar.
Tabla 21 Líneas con mayor cargabilidad
Nodo Cargabilidad
Escenario Envío Recibido %
1 Convertidor BusPrincipal 39,94
Diesel BusPrincipal 37,21
2 Convertidor BusPrincipal 36,29
Diesel BusPrincipal 27,82
3 Convertidor BusPrincipal 8,36
4 Convertidor BusPrincipal 37,34
5 Convertidor BusPrincipal 20,01
47
A partir de los datos presentados, se observa que ninguna línea de transmisión se encuentra con
una corriente superior al 40% de su capacidad. En el Anexo 13 y Anexo 14, se presentan las
cargabilidades de todas las líneas del sistema para cada uno de los escenarios estudiados.
Perfiles de tensión
En la siguiente imagen se presentan los perfiles de tensión obtenidos por usuario en cada uno de
los escenarios descritos, donde se evidencia que todos se encuentran entre 0,95 p.u y 1,05 pu.
Imagen 32 Perfiles de tensión usuarios
Pérdidas del sistema
Las pérdidas del sistema presentadas a continuación, corresponden a la energía que se pierde o no
es aprovechada por los diferentes elementos y redes que conforman el sistema de distribución. La
principal causa es el efecto joule, manifestado en el calentamiento de los cables.
48
Tabla 22 Pérdidas del sistema escenarios 1 y 2
Escenario Pérdidas [%]
Alta irradiación Baja irradiación
1 3,13 2,3
2 2,54 1,89
Tabla 23 Pérdidas del sistema escenarios 3 ,4 y 5
Escenario Pérdidas (%)
3 0,95
4 2,52
5 3,05
4.7.2 Discusión viabilidad técnica
A continuación, observa el perfil de tensión diario para el usuario 1, quien es el más apartado del
bus alimentador (184 m) y el correspondiente al usuario 43, el cual encuentra ubicado a 50 m del
alimentador, siendo el usuario más cercano.
Imagen 33 Perfiles de tensión usuario 1 y 43
49
A partir de esto y la información presentada anteriormente, se puede concluir que el sistema
diseñado y dimensionado es viable técnicamente, puesto que ninguna línea se encuentra
sobrecargada, los perfiles de tensión de los usuarios se encuentran en el rango permitido y además,
las pérdidas no superan el 4%. Por otro lado, debido a la baja cargabilidad de las líneas (Anexo 13
y Anexo 14), es posible inferir que si se presenta algún incremento de la demanda por parte de las
familias, la red eléctrica dimensionada lo soportaría al no presentarse sobrecargas en los
conductores implementados.
4.8 Determinación costo de inversión
En este módulo de la metodología, se estima el costo de la inversión de la microrred.
4.8.1 Inversión inicial
Los costos se presentan individuales en dólares y en pesos colombianos, de acuerdo a la
información suministrada por los distribuidores nacionales; por lo cual no se incurren en
sobrecostos asociados a la importación de equipos. El precio de la planta diésel se obtiene de
Astroequipos [35], los paneles solares se presupuestan en Solartex Colombia [34] al igual los
reguladores MPPT [40] y los medidores de energía [43], [44]. El precio de las baterías de plomo
ácido y los inversores se identificaron en SunColombia [38], [39].Finalmente, el valor de los
conductores de obtienen de la compañía Procables S.A.S [46]. En la siguiente tabla se observa que
el costo total asociado a la compra de los componentes principales de la microrred es de 170.573
dólares.
Tabla 24 Costos elementos microrred
Elemento Cantidad Costo
Unitario Total [$ COP] Total [USD]
Panel Solar 345 W 231 499.000,0 115.269.000 33.902,6
Planta Diésel 24 kW 1 22.990.000 22.990.000 6.761,8
Batería Plomo Ácido 140 2.198.400 307.776.000 90.522,4
Convertidor 4,5 kW 5 15.977.200 79.886.000 23.495,9
Regulador MPPT 5 2.638.000 13.190.000 3.879,4
Micogrid Controller (*) 1 14.103.200 14.103.200 4.148,0
Medidores Trifásicos 43 174.000 7.482.000 2.200,6
Medidores Monofásicos 4 269.600 1.078.400 317,2
Conductores (**) 18.174.000 5.345,3
Total Inversión USD 170.573,1
Total Inversión COP 579.948.600
50
(*) El costo del Universal Micogrid Controller se estima alrededor de 40 dólares por kW instalados
para la generación de potencia (103,9 kW).
(**) En el Anexo 15 se presenta detalladamente el costo debido a los conductores de la red.
En la siguiente gráfica se observa la participación de los componentes en la inversión inicial, donde
se evidencia que el banco de baterías es el elemento de mayor costo.
Imagen 34 Participación elementos en la inversión
4.8.2 Costo asociado a reemplazos
Debido a la vida útil de las baterías e inversores, es necesario realizar reemplazos, por lo cual se
incurren en costos los cuales corresponden al valor de los nuevos equipos.
Tabla 25 Costos asociados al reemplazo de baterías y convertidores.
Elemento Precio [ USD] Año
Batería 90.552 6-12-18-24
Convertidor 23.495 15
Finalmente, en la siguiente gráfica se observa el flujo de caja del proyecto de acuerdo a la inversión
(USD) y el costo incurrido debido al reemplazo de baterías y convertidores (USD).
19,88%
3,96%
53,07%
13,77%
4,71%1,48% 3,13%
Paneles solares Planta Diésel Baterías Convertidores
Control Medición Conductores
51
Imagen 35 Flujo de caja proyecto
4.9 Propuesta modelos de negocio
Es importante considerar que no hay un modelo operativo o de negocios estándar para microrredes
en el país, puesto que el contexto local y variables como el entorno, la geografía, la economía o
disposición a pagar; además del entorno regulatorio y político, influyen en cada modelo. A partir de
esto, en este módulo se plantean distintos modelos de negocios que podrían ser aplicados en la
microrred de Victoria Dos Bocas con sus respectivas alternativas tarifarias.
Debido a que los miembros de la vereda Victoria Dos Bocas se encuentran en el estrato 1 (no
cuentan con alta disposición al pago o capacidad económica), para el desarrollo del proyecto social,
es necesario incurrir en diversas fuentes de financiación para obtener los aportes económicos
necesarios. En el país, se han creado fondos cuyos recursos tienen el objetivo de financiar planes y
proyectos de inversión destinados a la construcción e instalación de infraestructura eléctrica, como
lo son el Fondo de Apoyo Financiero para la Energización de Zonas No Interconectadas (FAZNI) y
el Fondo de Energía no Convencionales y Gestión Eficiente de Energía (FENOGE). Además de estos
fondos, es posible considerar recursos provenientes del presupuesto del Estado, departamento o
del mismo municipio, puesto que es un proyecto de carácter social. Asimismo, cabe resaltar que con
base en la resolución UPME 0355 de 2004, los usuarios residenciales pertenecientes a los estratos
1, 2 y 3 reciben un subsidio mensual sobre un porcentaje del consumo de subsistencia el cual para
la zona del copey cesar, corresponde de 173 kWh/mes. De acuerdo al estrato, se define el porcentaje
de los subsidios [47].
Tabla 26 Porcentaje de subsidio debido al estrato
Estrato % máximo
1 60%
2 50%
3 15%
52
A partir de esto, dada las características de los miembros de Victoria Dos Bocas, es válido aplicar el
subsidio otorgado por el Fondo de Solidaridad para Subsidios y Redistribución de ingresos (FSSRI)
dirigido a los usuarios con menores recursos. Para la vereda, el subsidio mensual para cada familia
es de 22.677 pesos, el cual es calculado de acuerdo a la tarifa actual para usuarios de estrato 1
conectadas al SIN en el departamento del cesar (218,47 pesos / kWh).
Los modelos de negocio analizados difieren principalmente en las fuentes de financiamiento, la
operación de la microrred y las alternativas tarifarias. En la siguiente tabla se resumen las
características principales de los modelos analizados y estructurados [48].
Con respecto a la tarifa, se plantean 2 opciones: Tarifa basada en el mercado y Cuasi Tarifa.
Tabla 27 Características principales modelos de negocio analizados
Tarifa basada en el mercado
Corresponde a la tarifa aplicada a los usuarios de estrato 1 conectadas al SIN en el departamento
del cesar. Se elige la tarifa para enero de 2020 (218,47 pesos / kWh) [49].
Cuasi Tarifa
Se establecen dos tipos de pagos: una parte fija mensual (costo fijo) y un costo variable debido al
consumo ($/ kWh).
Costo Fijo: Corresponde a los costos fijos de la microrred debido al mantenimiento de la
planta diésel, paneles fotovoltaicos y convertidores. Además, dependiendo del modelo de
negocio, pueden implicar un costo asociado al pago de salarios. Es decir, no depende de la
producción y demanda energética de la microrred. En la tarifa, este costo se ve reflejado en
$/kW.
Costo Variable: Este costo está compuesto por el valor a pagar por los litros de combustible
que requiere anualmente la planta diésel y los costos variables debido al mantenimiento.
En la tarifa, se ve reflejado como un valor a pagar por kilovatio/ hora, de manera que los
miembros de la vivienda pagan un valor correspondiente al consumo, el cual, puede variar
Subsidiado Pago Por servicio
APP Empresa Servicios Públicos
Sector Privado
Propietario Comunidad Local Empresa Servicios Públicos , comunidad
Empresa Privada Socio público
Fuentes Financiamiento
Fondos Públicos Capital, préstamos,
fondos públicos Capital, préstamos,
incentivos Fondos
públicos Operación y
mantenimiento Cooperativa comunitaria
Empresa Servicios públicos
Empresa Privada Socio privado
Tarifa Tarifa Basada en el
mercado, cuasi tarifa
Tarifa Basada en el mercado, cuasi Tarifa
Tarifa Basada en el mercado, Cuasi tarifa
Tarifa basada en el mercado
53
mensualmente, dependiendo de la cantidad de kWh que utilicen diariamente a lo largo de
los 31, 30 o 28 días del mes.
Costo asociado al combustible del generador: Este valor se obtiene a partir de la cantidad
de litros estimados de diésel requeridos y la producción anual del generador.
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 = 𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ∗ 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖é𝑠𝑒𝑙 (𝐿
ℎ) ∗ 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑖é𝑠𝑒𝑙 (
𝑈𝑆𝐷
𝐿)
La planta diésel opera 394 horas al año, el consumo se estima de 5,2 litros por hora y el
precio por litro de combustible es de 0,713 USD. Por consiguiente:
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 = 394ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜∗ 5,2 (
𝐿
ℎ) ∗ 0,713 (
𝑈𝑆𝐷
𝐿)
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 = 1.460,8 𝑈𝑆𝐷/𝑎ñ𝑜
Mantenimiento variable: De acuerdo a los costos AOM variables en ZNI Colombiana
presentados por la Comisión de Regulación de Energía y Gas, se tiene que en promedio el
costo debido al mantenimiento variable del generador corresponde a 0,062 USD por la
producción eléctrica anual, la cual es de 5550 kWh/año.
Tabla 28 Costos Variables anuales microrred
La parte de la tarifa variable mensual, se calcula de acuerdo al consumo total y los costos variables
calculados anteriormente:
$𝐶𝑂𝑃
𝑘𝑊ℎ=
𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 𝐴𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙
Donde la energía anual es la carga total anual (969.69, 6 kWh/año).
$𝐶𝑂𝑃
𝑘𝑊ℎ= 63,28
A partir de este valor del kWh y la estimación de la demanda diaria presentada en la Tabla 29, se
estima el valor a pagar mensualmente por el consumo de cada una de las cargas.
Costos Variables Anuales
Ítem Precio [USD] Precio [$COP]
Combustible 1.460,8 4.966.700
Mantenimiento 344,1 1.169.940
Total Anual 1.804,9 6.136.641
54
Tabla 29 Demanda diaria usuarios y espacios públicos
Demanda [KWh/día]
Día semana Fin de
semana
Colegio 8,15 0
Salón 0 0,82
Alumbrado 99,6 99,6
Cancha 0 2,2
Vivienda 3,619 3,933
Tabla 30 Pago mensual consumo residencial y público
$COP Mensual
Mes Colegio Salón comunal Alumbrado Cancha Residencial
30 Días 263,9 9,7 4.397,5 25,90 7.029,7
31 Días 263,9 10,9 4.544,1 29,14 7.278,6
Febrero 239,9 9,7 4.104,3 22,66 6.571,7
A continuación se plantean los distintos modelos de negocio analizados
4.9.1 Subsidiado
Es financiado con donaciones, normalmente por parte del gobierno, además de contribuciones
locales (presupuesto del gobierno local). La microrred es generalmente operada y administrada por
la comunidad local, a través de la creación de una cooperativa comunitaria. Esta corporativa se
encarga de la administración, coordinación, toma de decisión y mantenimiento de la MG. Este
modelo de negocio se caracteriza por no considerar el valor de la inversión en la tarifa, puesto que
no se busca una recuperación económica [48]. Para esto, se asume que los costos de inversión son
apropiados por una entidad pública, por los fondos FAZNI, FENOGE e incluso por los recursos
municipales. Por lo cual, los usuarios se encargan de los costos operativos de la micrrored. La
cooperativa comunitaria propuesta está compuesta por 3 agentes:
Jefe administrador: Se encarga de las labores relacionadas con el personal (contratación, y
recursos humanos),compra de materiales, repuestos y demás equipos necesarios.
Asimismo, es la voz de los miembros de la comunidad, por lo cual se involucra a los
habitantes, y se apoya la concientización sobre los cuidados y el mantenimiento del sistema.
Su trabajo es de máximo 4 horas al día durante los 22 días de semana correspondientes a
cada mes.
55
Tesorero: Es el encargado del recaudo mensual del dinero de cada familia. Asimismo, debe
realizar todo lo relacionado con la gestión de los recursos financieros. Su trabajo se estipula
para máximo 30 horas al mes.
Operario: Es quien se encarga de realizar el mantenimiento rutinario (paneles, inversores,
entre otros). Garantiza el adecuado funcionamiento y la continua operación de la micrrored.
Cabe destacar que no se encarga de realizar el mantenimiento anual de la planta diésel, por
lo cual se estima un trabajo de máximo 45 horas al mes.
Imagen 36 Estructura gestión local microrred
Costos fijos y variables
Mantenimiento generador diésel: Este costo se obtiene a partir de los costos AOM fijos
en ZNI Colombiana presentados por la Comisión de Regulación de Energía y Gas, el cual
incluye operativos fijos (66 USD/ año) y mantenimiento fijos (6,1 USD/año) [36].Es
decir, no incluye administrativos fijos.
Salarios: De acuerdo a las horas estimadas de trabajo por parte de cada miembro de la
estructura de gestión, se calcula el salario mensual y finalmente, el valor debido a los
salarios de manera anual. Para esto, se utiliza el pago mínimo establecido en Colombia
para el año 2020 para una hora de trabajo ordinaria, siendo esta de $ 3.657,51 [50].
Tabla 31 Costos fijos anuales: Modelo subsidiado
Costos Fijos Anuales
Ítem Valor Anual [ USD] Valor Anual [ $ COP]
Mantenimiento Diésel
1.730,4 5.883.360
Salarios 2.351,2 7.994.172
Total Anual 4.081,6 13.877.532
A partir del costo anual, se obtiene el valor a pagar mensualmente por las familias de la vereda:
56
Tabla 32 Costo mensual O&M modelo subsidiado
Mes Costo Fijo [$COP]
30 Días 24.920,3
31 Días 25.750,9
Febrero 23.258,9
La parte variable de la tarifa es la calculada anteriormente, siendo esta de 63,28 kWh.
Esquemas tarifarios
Para este modelo se plantean los siguientes esquemas tarifarios:
Imagen 37 Esquemas tarifarios modelo subsidiado
Donde los escenarios hacen referencia a la consideración del reemplazo de equipos:
Escenario A: El costo debido al reemplazo de baterías e inversores no se incluye en el
valor a pagar por los usuarios.
Escenario B: En la tarifa se incluye el costo debido al reemplazo de baterías e inversores.
Escenario A
En la siguiente tabla se presentan las alternativas tarifarias para el modelo subsidiado sin
considerar el reemplazo de equipos. Donde el símbolo ⪥ representa el ítem o cuenta a pagar
mensualmente por parte de cada familia de la vereda, siendo el pago por los costos fijos de la
microrred permanente para cada una de las opciones. Por otro lado, el pago de los consumos no
asumidos por los usuarios se prevé sea asumido por alguna entidad como la alcaldía del municipio,
un socio público, o es financiado por un fondo como FAZNI y FENOGE.
Tabla 33 Alternativas tarifarias modelo de negocio subsidiado.
Alternativa Costos fijos Cargo Variable Consumo
Alumbrado Colegio Residencial Cancha y Salón I ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ II ⪥ ⪥ ⪥ III ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ IV ⪥ ⪥
Subsidiado
Escenario A
Cargo Fijo + Cargo Variable
Alternativa I
Alternativa II
Alternativa III
Alternativa IV
EscenarioB
Tarifa basada en el mercado
57
A partir de los valores estimados, se calcula el valor a pagar mensualmente por las familias para
cada una de las alternativas en los meses de 30, 31 y 28 días. Donde el ítem (-) subsidio representa
al total menos el subsidio calculado para cada familia anteriormente ($ 22.677).
Tabla 34 Valor a pagar mensualmente por alternativa: Modelo subsidiado
Alternativa I Alternativa II Alternativa III Alternativa IV
Mes Total (-)
Subsidio Total
(-) Subsidio
Total (-)
Subsidio Total
(-) Subsidio
30 Días 36.647 13.970 31.986 9.308 36.383 13.706 31.950 9.273
31 Días 37.878 15.200 33.070 10.392 37.614 14.936 33.030 10.352
Febrero 34.210 11.533 29.863 7.186 33.967 11.290 29.831 7.153
Escenario B
Para este escenario, se calcula la tarifa a pagar por cada usuario (kWh), teniendo en cuenta los
costos fijos y el reemplazo de baterías e inversores a lo largo de la vida útil del proyecto.
Al ser una tarifa considerablemente alta para los usuarios de la vereda, dada la capacidad de pago
y el estrato al cual pertenecen , se establece una tarifa basada en el mercado, siento esta de 218,47
pesos / kWh, de manera que hay una porción de la tarifa que es subsidiada de acuerdo a las reglas
vigentes para las ZNI, definidas por la ley [51].
Tabla 35 Tarifa basada en el mercado: Modelo subsidiado
Elemento Tarifa Mensual
[$/kWh]
Gastos sistema 261,01
Reemplazo baterías 528,99
Reemplazo inversores 54,92
Tarifa Total mensual 781,65
Tarifa Basa en el mercado 218,47
De acuerdo a la diferencia entre la tarifa mensual y la establecida por el mercado, se obtiene que un
72,05 % de la tarifa calculada es subsidiada.
4.9.2 Modelo pago por servicio
En este modelo el inversionista o ejecutor del proyecto es el dueño de la microrred. Este agente se
encarga de la inversión, operación, mantenimiento y reemplazo de los equipos que componen el
sistema. Es decir, no hay participación por parte de la comunidad en la gestión del proyecto. Los
58
clientes, en este caso los miembros de la vereda, pagan por la electricidad que utilizan, ya sea en
función del consumo (Cargo variable) y de acuerdo a un cargo fijo, de manera que se de la cobertura
de costos. De acuerdo al tipo de inversionista ( público o privado) se obtendrán distintos modelos
[48]:
Operado por el sector privado
Cómo su nombre lo indica, el sector privado es el responsable de contruir, administrar y operar la
microrred . El inversionista, puede generar los fondos necesarios a partir de dversas fuentes como
préstamos y subsidios. La principal caracterisitca de este modelo, es que el agente privado buscará
recuperar la inversión realizada y obtener algún tipo de beneficio, el cuál puede ser económico,
social o reputacional.Es decir, el proyecto en este caso de carácter social, debe ser atractivo para el
inversionista, de manera que le genere la inversión una rentabilidad de 12%.
Cargo fijo : Se debe a la suma de los costos asociados a la administración, operación y
mantenimiento de la planta diésel, y al mantenimiento de paneles solares y convertidores.
Mantenimiento, administración y operación planta diésel: Los costos O&M son los mismos
que se obtuvieron en el modelo subsidiado. La diferencia, es que se incluye como cargo fijo
el costo asociado a la administración de la planta diésel, promediada por la UPME como
131,5 USD por la capacidad nominal de la planta; es decir, 24 KW.
Mantenimiento y operación paneles solares: El costo estimado corresponde al 3% de la
inversión total de los paneles a lo largo de la vida útil del proyecto.
Mantenimiento y operación convertidores: El costo estimado corresponde al 3% de la
inversión total correspondiente a los 5 convertidores a lo largo de la vida útil del proyecto.
En la siguiente tabla se observan los costos mencionados y el total anual debido a la operación y
mantenimiento de equipos.
Tabla 36 Costos fijos anuales modelo Operador privado
Costos Fijos Anuales
Mantenimiento Valor Anual [ USD] Valor Anual [ $ COP]
Generador Diésel 4.886 16.613.760
Paneles solares 40,68 138.322
Convertidores 28,2 95.863
Total 4.955,2 16.847.952
Recuperación de la inversión y reemplazo de equipos
Para garantizar una rentabilidad del 12% para el inversor privado, cada usuario debe pagar
mensualmente una cantidad de dinero fija. En la siguiente tabla se observa la cantidad de dinero
59
anual requerido, el pago anual estimado para cada familia y finalmente, el pago mensual debido a
la inversión y reemplazo de equipos.
Tabla 37 Pagos debido a la inversión y reemplazo de equipos, sector privado
[$ COP]
Pago Anual total
Pago Anual Usuario
Pago Mensual Usuario
Inversión 73.943.428 1.719.614 143.301
Baterías 51.296.000 1.192.930 99.410
Inversores 5.325.733 123.854 10.321
Total 130.565.162 3.036.399 253.033
Esquemas tarifarios
Para este modelo, se plantean distintas alternativas tarifarias , resumidas en la siguinete imagen.
Imagen 38 Esquemas tarifario: Modelo pago por servicio/empresa privada
Cuasi Tarifa: En este modelo, se plantean distintas alternativas, donde el símbolo ⪥ representa
el ítem a pagar mensualmente por parte de cada familia de la vereda. Por otro lado, los pagos no
asumidos por los usuarios, pueden ser asumidos por la alcaldía del municipio o por un fondo de
financiación de proyectos de carácter social.
Tabla 38 Alternativas tarifarias modelo pago por servicio/empresa privada
Alternativa Inversión Reemplazo Costos Fijos
Cargo variable consumo
Alumbrado Residencial Colegio Cancha y salón
I ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ ⪥
II ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ III ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ ⪥
IV ⪥ ⪥ ⪥ ⪥ V ⪥ ⪥
Pago por servicio
Empresa privada
Cargo Fijo + Cargo Variable
Alternativa I
Alternativa II
Alternativa III
Alternativa IV
Alternativa V
Tarifa Basada en el mercado
60
A continuación, se presenta el valor a pagar mensualmente por las familias para cada una de las
alternativas.
Tabla 39 Valor a pagar mensualmente por alternativa: Modelo pago por servicio/ sector privado
Alternativa I Alternativa II Alternativa III Alternativa IV Alternativa V
Mes Total (-)
Subsidio Total
(-) Subsidio
Total (-)
Subsidio Total
(-) Subsidio
Total (-) Subsidio
30 Días 296.964 274.287 153.662 130.985 43.930 21.253 42486 19.809 39.23
3 16.556
31 Días 298.437 275.760 155.139 132.458 45.403 22.726 43.812 21.135 40.55
5 17.878
Febrero 294.042 271.364 150.740 128.063 41.008 18.331 39.588 16.911 36.62
8 13.951
Tarifa basada en el mercado: se calcula la tarifa a pagar por cada usuario (kWh), teniendo en
cuenta los gastos( fijos y variables) , la inversión y el reemplazo de baterías e inversores a lo largo
de la vida útil del proyecto.
Tabla 40 Tarifa basada en el mercado: Modelo operad por el sector privado
Elemento Tarifa Mensual
[$/kWh]
Inversión 762,54
Reemplazo baterías 528,99
Reemplazo inversores 54,92
Gastos Sistema 237,03
Tarifa Total mensual 1583,48
Tarifa Basa en el mercado 218,47
Al ser una tarifa bastante alta para los usuarios de la vereda, el 86,11% de esta debe ser subsidiada,
de manera que los usuarios pagen mensualmente la tarifa basada en el mercado de 218,57 $/ kWh.
Operado por el sector público
La empresa pública posee y se encarga de la instalación, reparación , mantenimiento y operación
de la microrred; de igualmanera , de recolectar el dinero mensual proveniente de las tarifas. En
este modelo, el gobierno puede exigir que la empresa de servicios públicos cobre precios a niveles
similares a los que pagan los clientes conectados a la red nacional, subsidiando los costos de
atención del servicio, debido a que es un proyecto con objetivos sociales(tarifa basada en el
mercado).
61
Cargo Fijo
Son los mismos costos calculados para el modelo operado por el sector privado, donde se incluye
el costo de mantenimiento, administración y operación de la planta diésel .Asimismo, se consideran
los asociados al mantenimiento de los paneles e inversores.
Esquemas tarifarios
Como en el modelo subsidiado, se plantean dos escenarios:
Escenario A: El costo debido al reemplazo de baterías e inversores no se incluye en el
valor a pagar por los usuarios.
Escenario B: En la tarifa se incluye el costo debido al reemplazo de baterías e inversores.
En la siguiente imagen se resumen las alternativas evaluadas en el modelo, las cuales son
planteadas similares a las del modelo subsidiado.
Imagen 39 Esquemas tarifarios modelo pago por servicio, operador público
Escenario A
En la se observa el pago que considera cada una de las alternativas en este escenario, donde no se
considera
Tabla 41 Valor a pagar mensualmente por usuario: Modelo operado por el sector público
Alternativa I Alternativa II Alternativa III Alternativa IV
Mes Total (-)
Subsidio Total
(-) Subsidio
Total (-)
Subsidio Total
(-) Subsidio
30 Días 43.807 43.807 39.146 16.469 43.543 20.866 39.110 16.433
31 Días 45.277 45.277 40.469 17.791 45.013 22.336 40.429 17.751
Febrero 40.893 18.216 36.546 13.869 40.650 17.973 36.514 13.836
Pago por servicio
EmpresaServicios públicos
Escenario ACargo Fijo + Cargo
Variable
Alternativa I
Alternativa II
Alternativa III
Alternativa IV
Escenario BTarifa basada en el
mercado
62
Escenario B
Para este escenario, se calcula la tarifa a pagar por cada usuario (kWh), teniendo en cuenta los
costos fijos y el reemplazo de equipos.
Tabla 42 Tarifa basada en el mercado: Modelo operado por el sector público
Elemento Tarifa Mensual
[$/kWh]
Costos fijos 237,03
Reemplazo baterías 528,99
Reemplazo inversores 54,92
Tarifa Total mensual 820,94
Tarifa Basa en el mercado 218,47
Para que la tarifa sea basada en el mercado, se debe subsidiar un 73,39 % de la tarifa calculada
4.9.3 Modelo con Asociaciones Público-Privadas (APP)
En este modelo, un socio público invierte en un sistema de generación de energía y contrata aun
socio privado para que opere y realice los mantenimiento necesarios al sistema, con la participación
de la comunidad local. Sin embargo, el socio público conserva la propiedad del proyecto. Para este
modelo, la operación se realiza de manera híbrida o mixta, puesto que convina distintos aspectos
de otros modelos [51].Principalmente porque distintas entidades estan involucradas en la
inversión, propiedad y operación de la microrred a través de acuerdos.
Especificamente se estudia el modelo de negocios donde la infraestructura es propiedad de la
empresa de servicios públicos o alguna entidad del gobierno ( inversión), el sistema local es
administrado principalmente por la comunidad ( cooperativa comunitaria) quien a su vez es la
propietaria, y la empresa privada se encarga de la operación, mantenimiento y parte de la
admnistración de la planta diésel y la microrred.
Costos Fijos
Estos costos fijos corresponden a los gastos debido a la operación, administración y mantenimiento
de la planta diésel. Además incluye el salario de los miembros de la cooperativa comunitaria, los
cuales reciben un pago mensual a partir del trabajo realizado por horas. La estructura de gestión es
la misma empleada para el modelo subsidiado.
63
Tabla 43 Costos fijos anuales: Modelo APP
Costos Fijos Anuales
Ítem Valor Anual [ USD] Valor Anual [ $ COP]
Mantenimiento
Diésel 1.730,4 5.883.360
Administración
diésel 2.004,0 6.813.600
Salarios 2.104,1 7.994.172
Total Anual 5.838,5 19.851.049
Esquema tarifario
para esta estructura APP se tiene que los usiarios pagan una tarifa por la prestación del servicio (
$/kwh), que es calculada de acuerdo con la capacidad de pago y análisis social de los usuarios de la
vereda, como complemento de los aportes a recursos públicos que son los Fondos públicos para la
energización mencionados anteriormente o por parte de fuentes del Presupuesto General de la
Nación, de manera que el socio privado reciba ingresos debido al mantenimiento, operación y
reemplazo de equipos. Por lo cuál , la tarifa es basada en el mercado, siento esta de 218,47 pesos /
kWh, de manera que hay una porción de la tarifa que es subsidiada de acuerdo a las reglas vigentes
para las ZNI, definidas por la ley [51].
Tabla 44 Tarifa basada en el mercado: Modelo APP
Elemento Tarifa Mensual
[$/kWh]
Gastos microrred 267,9
Reemplazo baterías 528,99
Reemplazo inversores 54,92
Tarifa Total mensual 851,91
Tarifa Basa en el mercado 218,47
El porcentaje de la tarifa subsidiado es de 76,36 %
Por otro lado, a continuación se presenta una comparación entre el valor a pagar mensualmente
por la familia ( $ COP) con las dos tarifas mensuales mencionadas: la correspondiente a la microrred
y la basada en el mercado, con el fin de identificar la considerable diferencia en dicho valor a pagar.
El pago mensual por vivienda incluye el consumo residencial, del colegio, alumbrado, cancha de
futbol y salón comunal. De igual manera es aplicado el subsidio considerado para los demas
modelos, siendo este de $22.677,18.
64
Tabla 45 Pago mensual usuario: Tarifa microrred y basada en el mercado, modelo APP
Tarifa microrred ( 851,91 $/kWh)
Tarifa basada en el mercado ( 218, 47 KWh)
Carga 30 días 31 días 30 días 31 días
Colegio 3.552 3.552 911 911
Salón 130 146 33 37
Alumbrado 59.197 61.170 15.181 15.687
Cancha 348 392 89 100
vivienda 94.631 97.982 24.268 25.127
Total 157.860 163.243 40.482 41.863
Total ( - ) subsidio 135.182 140.566 17.805 19.186
4.9.4 Discusión
A partir de los modelos presentados, es evidente que difieren en la forma en cómo se organizan y
en el nivel de participación de la comunidad. Además, es importante tener en cuenta que debido a
la falta de estandarización de los modelos, no es posible establecer aún el óptimo a seguir.Sin
embargo, dada la disponibilidad de pago de los miembros de la vereda, identificada en la encuesta
( Tabla 6 ) y las condiciones en las que viven, con necesidades básicas insatisfechas; el modelo
subsidiado y APP representan una mayor oportunidad. Especificamente las alternativas donde
solamente los miembros de la comunidad pagan mensualmente por la operación y mantenimiento
de la microred, además del consumo residencial(alternativas IV). Asimismo, estos modelos
implican la participación de la comunidad en la operación de la micrrored, lo que podría
representar una oportunidad de aprendizaje, apropiación, y mayor oportunidad de generar un
proyecto energético sostenible. La posibilidad de exigirle a los habitantes pagar mensualmente por
el reemplazo de equipos y la inversión del proyecto resulta poco realizable, puesto que representan
altas tarifas alejadas considerablemente de la capacidad de pago de los usuarios .
Por otro lado, cabe destacar que las alternativas tarifarias planteadas son funcionales para los
primeros años de vida útil del proyecto, dado a que con el pasar de los años, es posible considerar
un incremento en el desarrollo económico de la vereda y por consiguiente, la disponibilidad de pago
por parte de los beneficiarios podría aumentar para garantizar la sostenibilidad del proyecto a lo
largo de su vida útil.
65
5. CONCLUSIONES
En el documento se presentó el paso a paso desarrollado para el diseño y planeamiento de una
microrred, planteada como una solución energética para una comunidad aislada en el caribe
colombiano. Para establecer esta solución se identificaron características como necesidades
insatisfechas, recursos energéticos disponibles, actividades productividas, disponibilidad
económica, demanda energética, entre otros. Sin embargo,la poca información disponible sobre
veredas y Zonas No Interconectadas del país, representa un reto a la hora de estructurar proyectos
energéticos.
En términos técnicos, se puede concluir que el sistema es viable, puesto que la tensión de los
usuarios se encuentra en el rango establecido , no se presentan sobrecargas en las líneas, y las
pérdidas corresponden a un valor menor al 4%. Con lo cuál, se evidencia que el dimensionamiento
de los conductores realizado a partir del porcentaje de regulación y la capacidad de corriente, es
adecuado.
Por otro lado, se plantearon diversos esquemas y estructuras de pago a partir de distintos modelos
de negocio , de manera que el proyecto social resulte sostenible y viable económicamente a lo largo
de su vida útil. Sin embargo, debido a la falta de información y a la estandarización de los modelos,
no es posible establecer el modelo a implementar, puesto que variables y parámetros como los
recursos financieros disponibles del municipio para proyectos de caractacter social, la
disponibilidad de los fondos como FAZNI y FENOGE; el comportamiento del mercado eléctrico
colombiano y la cooperación e integración de los agentes involucrados como lo son las entidades
privadas, públicas y la comunidad local; no son claras , conocidas y completamente definidas.
Asimismo, a partir de la solución energética presentada, se infiere que la implementación de
microrredes representa una alternativa viable e interesante para la electrificación de Zonas No
Interconectadas de Colombia. Principalmente en regiones donde se presente un alto potencial de
recursos renovables; como lo es la energía solar, de manera que se de un aprovechamiento de los
recursos locales. Sin embargo, los altos costos de inversión, pueden representar una barrera,
principalmente para proyectos de carácter social, donde normalmente los miembros de la zona
aislada pertenecen a estratos bajos y no cuentan con una alta capacidad de pago. Es por esto que el
éxito en el desarrollo de microrredes en Colombia, depende de la estructuración de regulaciones en
materia económica y de políticas públicas; la colaboración por parte del Estado , agentes públicos y
los inversores privados.
Finalmente, como trabajo futuro se plantea desarrollar un trabajo de ingeniería conceptual y básica.
Además, realizar un detallado sistema de control donde se determinen aspectos como la gestión de
la demanda.
66
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70
7. ANEXOS
Anexo 1 Formato encuesta general vereda
71
Anexo 2 Encuesta familia
72
Anexo 3 Cálculos alumbrado público
Para zonas donde transiten entre 60 y 120 personas por hora (clasificación P4) se requiere
una luminancia promedio de 5 lux [31]. De acuerdo a una estimación sobre el área
correspondiente a las vías de la vereda Victoria Dos Bocas, se calcula el número de
luminarias requeridas para el alumbrado (N), teniendo en cuenta que se seleccionan
luminarias LED de 4500 lúmenes [32].
Para el Área aproximada de 120000 m2
𝑁 =𝐿𝑢𝑥 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑜𝑠 ∗ Á𝑟𝑒𝑎
𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎
𝑁 =5 ∗ 150000
4500
𝑁 = 166
Teniendo en cuenta que cada Luminaria LED tiene una potencia de 50 W, se obtiene el
total correspondiente a la demanda por alumbrado público:
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐴𝑙𝑢𝑚𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜 = 133 ∗ 50 𝑤
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐴𝑙𝑢𝑚𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜 = 8.333 𝑤~ 8.3 𝑘𝑤
Anexo 4 Cálculos alumbrado cancha de fútbol
Siguiendo con los lineamientos establecidos en el RETILAP, se debe tener una luminancia
promedio de 50 lux para la cancha de fútbol. El área de esta es de 1950 m2 (65 m de largo y
30 m ancho) y se emplean de lámparas LED de 9000 lúmenes.
𝑁 =𝐿𝑢𝑥 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑜𝑠 ∗ Á𝑟𝑒𝑎
𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎
𝑁 =50 ∗ 1950
9000
𝑁 = 10.8
Se estima un total de 11 lámparas LED de 100 W de potencia cada una.
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐶𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎 = 11 ∗ 100 𝑤
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝐶𝑛𝑎𝑐ℎ𝑎 = 1100 𝑤~ 1.1 𝑘𝑤
73
Anexo 5 Características paneles solares
Característica Valor Unidad
Dimensiones 1956* 992* 40 mm Peso 26,5 kg Vida útil 25 Años Eficiencia 17,78 %
Anexo 6 Características convertidores DC/AC
Característica Valor Unidad
Potencia de Salida 4500 W Vida útil 15 años Eficiencia 94,50 % Frecuencia ajustable 60/55 Hz Rango voltaje salida ( AC) 120/105 V Voltaje de entrada (DC) 48 V
Anexo 7 Cantidades paneles solares
Elemento Valor Unidad
Capacidad 79,7 kW
Factor de Capacidad 18,4 %
Producción Total 128.317 kWh/año
Horas de Operación 4.338 Horas/ año
Anexo 8 Cantidades generador diésel
Ítem Valor Unidad Producción Eléctrica 5.550 kWh/año
Consumo Combustible 2.048,8 L / año
Salida máxima 20,4 kW
Consumo 100, 75, 50% carga 6,9; 5,2; 3,8 L
Anexo 9 Cantidades convertidores
Elemento Valor unidad
Capacidad 22,5 kW
Horas operación 8366 Horas / año
Entrada Energía 93.151 kWh/año
Salida Energía 91.419 kWh/año
Pérdidas 5.321 kWh/año
74
Anexo 10 Características líneas de transmisión ramales
Nodo L[m] R [Ω/km] X [Ω/km]
Nombre Conductor
AWG Ampacidad[A] Envío Recibido
Diésel BusP 20 0,42650 0,13780 Penguin 3/0 277
Convertidor BusP 18 0,52490 0,17720 Quail 2/0 243
BusP ZonasC 30 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
ZonasC Colegio 20 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
ZonasC Cancha 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
ZonasC Salón 15 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
BusP 1 30 0,65620 0,18040 Raven 2 213
1 2 12 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
1 3 20 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
3 4 20 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
3 5 20 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
5 6 20 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
6 7 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
5 8 18 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
8 9 10 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
9 10 15 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
8 11 22 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
11 12 20 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
12 13 22 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
13 14 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
14 15 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6 BusP 16 40 0,65620 0,18040 Raven 2 213
16 17 18 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
16 18 20 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
18 19 14 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
18 21 20 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
19 20 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
21 22 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
22 23 15 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
21 24 25 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
24 25 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
25 26 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
24 27 22 1,01710 0,15750 THHN/THWN-2CT 4 110
27 28 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
28 29 10 2,55910 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
27 30 22 1,0171 0,1575 THHN/THWN-2CT 4 110
30 31 10 1,0171 0,1575 THHN/THWN-2CT 4 110 31 32 20 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6 30 33 20 1,0171 0,1575 THHN/THWN-2CT 4 61,6
75
Anexo 11 Características líneas acometidas del sistema
Línea L[m] R [Ω/km] X [Ω/km] Nombre AWG Ampacidad[A]
Acometida
Usuario1 15 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario2 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario3 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario4 7 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario5 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario6 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario7 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario8 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario9 12 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario10 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario11 12 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario12 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario13 7 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario14 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario15 5 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario16 5 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario17 3 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario18 7 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario19 15 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario20 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario21 12 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario22 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario23 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario24 30 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario25 15 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario26 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario27 12 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario28 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario29 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario30 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario31 5 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario32 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario33 12 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario34 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario35 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario36 5 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
76
Usuario37 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario38 5 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario39 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario40 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario41 10 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario42 18 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Usuario43 8 2,5591 0,17060 THHN/THWN-2CT 8 61,6
Anexo 12 Esquemático sistema de distribución
77
Anexo 13 Cargabilidad líneas de transmisión ramales
Nodo Cargabilidad líneas [%]
Envío Recibido Escenario1 Escenario2 Escenario3 Escenario4 Escenario5
Diésel BusP 0 27,82 0 0 0
Convertidor BusP 39,94 0 8,36 37,34 20,01
BusP ZonasC 0 2,45 5,36 4,86 1,80
ZonasC Colegio 0 2,45 5,36 0 0
ZonasC Cancha 0 0 0 20,25 0
ZonasC Salón 0 0 0 0 6,61
BusP 1 13,08 10,38 3,18 10,38 10,47
1 2 4,45 3,54 1,10 3,54 3,57
1 3 22,84 18,12 5,55 18,12 18,28
3 4 6,73 5,35 1,65 5,35 5,40
3 5 19,07 15,12 4,63 15,12 15,26
5 6 9,05 7,18 2,20 7,18 7,24
6 7 4,53 3,59 1,10 3,59 3,62
5 8 14,01 11,10 3,39 11,10 11,20
8 9 6,35 5,04 1,54 5,04 5,08
9 10 9,08 7,20 2,20 7,20 7,27
8 11 7,65 6,06 1,85 6,06 6,12
11 12 6,38 5,06 1,54 5,06 5,10
12 13 5,11 4,05 1,23 4,05 4,08
13 14 6,85 5,42 1,65 5,42 5,47
14 15 4,57 3,62 1,65 3,62 3,65
BusP 16 15,16 12,01 3,68 12,01 12,12
16 17 6,71 5,34 1,65 5,34 5,38
16 18 25,60 20,27 6,20 20,27 20,45
18 19 6,77 5,37 1,65 5,37 5,42
18 21 21,82 17,26 5,28 17,26 17,42
19 20 4,51 3,58 1,10 3,58 3,61
21 22 6,81 5,40 1,69 5,40 5,45
22 23 4,54 9,06 2,76 9,06 9,14
21 24 18,00 5,44 1,66 5,44 5,49
24 25 11,45 9,16 2,78 9,16 9,25
25 26 6,88 7,27 2,21 7,27 7,33
24 27 11,59 3,06 0,93 3,06 3,08
27 28 9,19 3,64 1,11 3,64 3,67
28 29 4,60 2,04 0,62 2,04 2,05
27 30 6,44 5,10 1,55 5,10 5,14
30 31 3,87 3,06 0,93 3,06 3,09
31 32 4,61 3,65 1,11 3,65 3,68
78
30 33 2,57 2,04 0,62 2,04 2,06
Anexo 14 Cargabilidad líneas acometidas
Línea Cargabilidad líneas [%]
Acometida Escenario1 Escenario2 Escenario3 Escenario4 Escenario5
Usuario1 2,30 1,82 0,55 1,82 1,83
Usuario2 2,30 1,82 0,55 1,82 1,83
Usuario3 2,30 1,82 0,55 1,82 1,84
Usuario4 2,30 1,82 0,55 1,82 1,83
Usuario5 2,30 1,82 0,55 1,82 1,84
Usuario6 2,30 1,82 0,55 1,82 1,83
Usuario7 2,30 1,82 0,55 1,82 1,83
Usuario8 2,30 1,82 0,55 1,82 1,83
Usuario9 2,30 1,82 0,55 1,82 1,83
Usuario10 2,29 1,81 0,55 1,81 1,83
Usuario11 2,29 1,81 0,55 1,81 1,83
Usuario12 2,29 1,81 0,55 1,81 1,83
Usuario13 2,29 1,81 0,55 1,81 1,83
Usuario14 2,27 1,80 0,55 1,80 1,82
Usuario15 2,29 1,81 0,55 1,81 1,83
Usuario16 2,27 1,80 0,55 1,80 1,81
Usuario17 2,27 1,80 0,57 1,80 1,82
Usuario18 2,26 1,79 0,55 1,79 1,81
Usuario19 2,26 1,79 0,55 1,79 1,81
Usuario20 2,25 1,79 0,55 1,79 1,81
Usuario21 2,24 1,78 0,55 1,78 1,79
Usuario22 2,24 1,78 0,55 1,78 1,79
Usuario23 2,24 1,78 0,55 1,78 1,79
Usuario24 2,27 1,80 0,55 1,80 1,82
Usuario25 2,28 1,80 0,55 1,80 1,82
Usuario26 5,33 4,22 1,29 4,22 4,26
Usuario27 2,28 1,81 0,55 1,81 1,82
Usuario28 2,27 1,80 0,55 1,80 1,81
Usuario29 2,28 1,81 0,55 1,81 1,82
Usuario30 2,27 1,80 0,55 1,80 1,82
Usuario31 2,27 1,80 0,55 1,80 1,82
Usuario32 2,60 1,80 0,55 1,80 1,81
Usuario33 2,27 1,80 0,55 1,80 1,82
Usuario34 4,54 3,60 1,10 3,60 1,82
Usuario35 2,26 1,79 0,55 1,79 3,63
Usuario36 2,26 1,79 0,55 1,79 1,81
79
Usuario37 2,26 1,80 0,55 1,80 1,81
Usuario38 5,28 4,19 1,28 4,19 4,23
Usuario39 2,23 1,78 0,55 1,78 1,80
Usuario40 2,24 1,78 0,55 1,78 1,80
Usuario41 2,24 1,78 0,55 1,78 1,80
Usuario42 2,22 1,77 0,55 1,77 1,79
Usuario43 2,22 1,77 0,55 1,77 1,79
Anexo 15 Costos detallados conductores de la red
Elemento Longitud Precio
[m] $/m Total [$]
Generador Diésel 40 3.472 138.880
Conversores 36 2.534 91.224
Red de 2756 3.326 9.166.456 Distribución (*) 1204 6.820 8.211.280
280 2.022 566.160
Total conductores [$ COP] 18.174.000
Total conductores [USD] 5.345
(*) La red de distribución incluye el dimensionamiento de los conductores del circuito de los 43
usuarios y los circuitos del colegio, la cancha de fútbol y el salón comunal.