Análisis económico probabilístico de un sistema de generación híbrido para una comunidad productiva aislada, considerando la aleatoriedad de las energías primarias renovables y la demanda

Abstract

La aislación de las comunidades rurales se debe al bajo nivel de accesibilidad, escasa población y alta dispersión de los residentes de estos territorios remotos, esto provoca una baja presencia y cobertura de servicios básicos y públicos, como lo son: (i) salud, (ii) educación, (iii) cultura, (iv) telecomunicación, (v) infraestructura de suministro de agua y de energía eléctrica, etc. debido a la gran distancia que poseen estas comunidades de las grandes ciudades del país. En Chile todavía existen pueblos aislados de la matriz de distribución que no poseen suministro eléctrico, esto se debe a los diversos problemas medioambientales y económicos, tales como el alto costo de operación y mantenimiento que podrían originarse ante la posible instalación de fuentes de energías convencionales, generalmente diésel. Para abordar la carencia de suministro eléctrico en zonas rurales, el gobierno de Chile a través del Programa de Electrificación Rural (PER) incentiva la promulgación de proyectos de distribución eléctrica para sectores aislados o dispersos mediante subsidios públicos financiados por fondos regionales, con el objetivo de fomentar el desarrollo productivo, la mejora del acceso a la salud y a la educación de las comunidades rurales. Además, cuando las comunidades son productivas existen otros tipos de fondos, los cuales son: INDAP, CORFO y CONADI. Por otro lado, el Fondo de acceso a la Energía (FAE) es el principal fondo concursable en el financiamiento de proyectos a pequeña escala del Ministerio de Energía, el cual facilita y promueve el acceso a la energía en comunidades vulnerables, rurales y/o aisladas, a través del uso de energías renovables. Este fondo está orientado en el suministro de la energía eléctrica en comunidades, organizaciones sociales, juntas de vecinos y Municipalidades, entre otras organizaciones mediante paneles fotovoltaicos. En materia de electrificación rural, este trabajo analiza del punto de vista económico probabilístico un sistema de generación Híbrido-Aislado que considere las energías primarias renovables, el racionamiento o energía no suministrada y la sobre-generación o exceso de la energía suministrada por el sistema, la cual entrega la oportunidad de almacenar o la planificación de una estrategia en el uso productivo de la energía en la comunidad rural aislada. Este último refleja el beneficio social que causa este proyecto, ya que se quiere promulgar el riego, cultivo y producción de algún recurso natural que permita a los habitantes tener un desarrollo económico mediante el trabajo y el desarrollo de sus habilidades. El estudio sistémico debe considerar la oportunidad de las energías primarias renovables y los

efectos positivos y negativos relacionados con el excedente de energía (sobre-generación) y el racionamiento, respectivamente. En base a lo anterior, este trabajo contempla la implementación de un modelo y metodología que considera las variables aleatorias de la velocidad del viento y radiación como prioridad en el proceso de generación de energía eléctrica. El modelo de costo del sistema permite identificar los escenarios variables que dependen de la optimización de unidades eólicas y fotovoltaicas, es decir, cada escenario es único y depende de la aleatoriedad de las energías primarias renovables. El estudio sistémico debe responder a las necesidades básicas de la comunidad productiva, considerando un bajo costo de inversión y un óptimo uso de los recursos naturales. El proyecto considera un sistema uni-nodal que contempla 20 familias (comunidad Pewenche de Trapa-Trapa del alto Bìo Bio) con una carga estimada de 220 kW. El sistema uni-nodal se compone de turbinas eólicas, paneles fotovoltaicos, una unidad de sobre-generación (oportunidad de almacenamiento) y una unidad virtual (racionamiento) que reemplaza una unidad de generación a diésel. Las energías primarias renovables (velocidad del viento y radiación) junto a la demanda se consideran variables de naturaleza aleatoria. La metodología utilizada se basa en la técnica de Monte Carlo, que permite determinar los distintos escenarios que facilitan la toma de decisiones para la planificación del sistema. Los resultados conllevan a distribuciones de probabilidad, análisis de clúster, probabilidad conjunta multidimensional e indicadores estadísticos de la generación en ERNC, comportamiento de la sobre- generación y el racionamiento para 2.000 escenarios (1 año de estudio). Por último, se analiza los escenarios con mayor frecuencia con el objetivo de determinar un posible sistema de generación fijo que permita operar en base a los escenarios con la mayor probabilidad de ocurrencia.