Electrificación de Sistemas Eléctricos Aislados Mediante Microrredes y Sistemas Híbridos

Por César Alfredo Peña

Ramos, Supervisor y Consultor en el Sector Energía, Generación de Sistemas Eléctricos Aislados, Energías Renovables, Regulación Tarifaria, Acceso a la Energía y Electromovilidad.

ELECTRIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS AISLADOS

MEDIANTE MICRORREDES Y SISTEMAS HÍBRIDOS

El precio de los combustibles fósiles se viene incrementando considerablemente en los últimos años, por contraparte la evolución de la industria y la tecnología de las energías renovables están teniendo un notable desarrollado en eficiencia e innovación, así como una tendencia en la disminución de costos de generación durante la última década, impulsados por tecnologías en constante mejora,

economías de escala, cadenas de suministro competitivas y la mejora de la experiencia de los desarrolladores, de igual modo el desarrollo de baterías más baratas que permitirán almacenar y descargar la electricidad cumpliendo con los cambios en la oferta y la demanda. En el siguiente cuadro se muestran el costo total instalado y el costo nivelado de tendencias de electricidad por tecnología, 2010 y 2020.

En el caso de la energía solar fotovoltaica, los costos de la electricidad a escala de servicios públicos cayeron un 85 % entre 2010 y 2020 (IRENA 2021), así mismo, el precio de las baterías de iones de litio, que superaron los $ 1,100 por kilovatio-hora en 2010, han caído un 89% en términos reales a $ 132/kWh en 2021 (BloombergNEF).

En el Perú, según el Ministerio del Ambiente (MINAM) las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) provenientes de la generación eléctrica representan aproximadamente el 20% del total anual de emisiones. En el marco del Acuerdo de París y otros instrumentos internacionales, como los adoptados en Glasgow, el Perú se comprometió a reducir el 40% de sus emisiones de CO2 para el año 2030.

En ese contexto, resulta técnica y económicamente viable sustituir las instalaciones que actualmente funcionan con grupos electrógenos por instalaciones fotovoltaicas en zonas rurales y localidades aisladas. El principal inconveniente es que una instalación compuesta al 100% por energía fotovoltaica no asegura un sistema de generación continuo, además, es importante evaluar el estado del grupo existente, es decir, no es muy productivo deshacerse del grupo electrógeno instalado porque no lo terminas de amortizar.

La solución a este problema pasa por instalar un sistema de generación híbrida, que asegure la continuidad del suministro con el grupo electrógeno, y reducir el costo de la generación afectados por los incrementos del costo

de combustible con paneles fotovoltaicos para disminuir la energía generada por el grupo electrógeno, por tanto, reducir la cantidad de combustible utilizado.

¿Por qué sistemas FV-DieselHíbridos?

Principalmente porque existe una ventaja de costos significativo de los Sistemas Híbridos PV-diésel en comparación con los sistemas tradicionales con generación exclusivamente con diésel, esta diferencia será aún mayor en el futuro. Por lo que es importante tener en cuenta las siguientes consideraciones:

• En la última década, los costos de la electricidad energía solar fotovoltaica a escala de servicios públicos cayeron un 85 %.

Fuente: IRENA 2021

• En la última década, el precio de las baterías de iones de litio, se redujeron en un 89% en términos reales en 2021.

• El costo del combustible para los generadores diésel está en constante aumento.

Por lo tanto, las principales ventajas de un sistema híbrido diésel fotovoltaico son:

• Reducción del consumo de combustibles.

• Reduce emisiones de gases contaminantes.

• Extensión de la vida útil del grupo electrógeno.

• Mejor calidad de servicio ante largos periodos de consumo.

• Independencia de suministro de energía.

Criterios y restricciones

Un sistema de generación híbrida no puede llevarse a cabo en cualquier emplazamiento, por lo que es recomendable que éste cumpla con una serie de requisitos y criterios que garanticen la eficiencia del sistema. Algunos de estos requisitos y criterios son:

• Uno de estos requisitos es que exista un alto precio del combustible. El precio del combustible no es el mismo para todos los países, por eso, resulta indispensable que el lugar en donde se quiera instalar un sistema híbrido, tenga un alto precio del combustible que haga más rentable la inversión.

• La ubicación deberá tener

una irradiación solar tal que permite sacar el máximo rendimiento a los paneles solares y reducir la cantidad de combustible consumido.

• La disponibilidad de una superficie para el parque fotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos requieren de considerable espacio para su instalación, por ello, el lugar deberá disponer de suficiente espacio para poder instalar los paneles en función a su potencia instalada.

Los lugares que cumplen las condiciones mencionadas y, por tanto, son idóneos para instalar un sistema híbrido son los siguientes:

• Microred rural: existen lugares en los que se dan

una serie de circunstancias por las que no es posible realizar una conexión a red, esto puede ser debido a problemas geográficos (distancia y acceso) que no permitan llevarlo a cabo o a que resulta más rentable buscar una alternativa. Una de estas alternativas es el sistema híbrido diéselfotovoltaico, permitiendo al usuario disponer de una instalación de autoconsumo aislada de la red.

• Zonas aisladas e islas pequeñas: otro de los lugares donde es aconsejable realizar esta inversión es en zonas aisladas e islas que disponen de una para construir

una central fotovoltaica y actualmente trabajan con grupos electrógenos para satisfacer la demanda eléctrica. La alternativa pasa por invertir en sistemas híbridos añadiendo paneles fotovoltaicos a los generadores diésel creando sistemas híbridos que garanticen su suministro.

Participación de la generación RER

en los Sistemas Eléctricos Aislados

En el Perú, la participación de la generación mediante Recursos Energéticos Renovables (RER) en los Sistemas Eléctricos Aislados (SEA) está en la etapa de

“romper su inercia”, es decir, se encuentra en su etapa inicial, por lo que es de vital importancia identificar la problemática existente, mediante la evaluación del estado situacional de la generación local ubicados en zonas rurales y localidades aisladas que en su mayoría están asentadas en la Amazonia, en ese sentido, la problemática principal identificada es que la producción de electricidad no está aprovechando el potencial de los RER en los Sistemas Eléctricos Aislados, cuyas causas principales se muestran en el siguiente gráfico:

Retos y propuestas para la generación RER en los Sistemas Eléctricos Aislados Es importante identificar el papel y los roles de los principales actores como

las empresas distribuidoras eléctricas (EDE), El MINEM y Osinergmin, y su correspondencia con el marco legal y regulatorio existente, para luego proponer

y promover los cambios que correspondan que habiliten su desarrollo, el siguiente gráfico se muestran algunas de estas propuestas y consideraciones.

Proyectos desarrollados Los proyectos identificados que se desarrollaron durante el periodo 2019-2021 se muestran en el siguiente cuadro y mapa.

• Con EDF Renewables, para abastecer la ciudad de Iquitos con energía fotovoltaica y un sistema masivo de baterías. La cantidad de energía anual

• Con EDF Perú, para abastecer de electricidad a la localidad de Requena, durante 20 años. La empresa se compromete a abastecer la totalidad de la energía

• Electro Oriente, a fines del 2021 firmó contratos de suministro de energía eléctrica renovable, por el plazo de 20 años, a tarifa regulada.

será como máximo de 200 GWh y como mínimo 160 GWh, con lo que se evitará quemar al menos el 50% del petróleo industrial 6 que hoy se emplea para generar electricidad en Iquitos.

que demande la población y a que la producción de origen térmico (hoy al 100%), no sea mayor a 39.9% desde el primer año de operación, y no mayor a 10% a partir del décimo año. En el caso

de las localidades de Contamana y Lagunas, con un límite térmico ofrecido de 23.8% los primeros 10 años de operación y 10% en adelante.

• Aggreko, para abastecer de electricidad a la localidad de Nauta, pero al inicio la producción de origen térmico no excederá 43.8% y no mayor a 10% a partir del décimo año.

• Con Novum Solar, para abastecer las localidades de Caballococha, El Estrecho y Tamshiyacu, empezando con un límite térmico de 24,50%. En el caso de la localidad de San Lorenzo se utilizó el límite térmico como factor de competencia, para un periodo de 15 años.

• Electro Ucayali, en el año 2019 se suscribieron dos contratos de suministro de energía eléctrica renovable, por el plazo de 15 años, el primero para abastecer de electricidad a la localidad de Atalaya con un esquema de funcionamiento compuesto de paneles solares, la central hidroeléctrica Canuja y un grupo electrógenos existente, y el segundo en el caso de la localidad de Purús con un esquema de funcionamiento compuesto de paneles solares, un sistema de almacenamiento y un grupo de electrógenos existente.

• Electro Puno, en el año 2019 la DGER del MINEM ejecuto el proyecto de electrificación de la Isla Amantaní en la ciudad de Puno, que es un sistema híbrido de acoplamiento en AC, que usa la red primaria para la conexión tanto del sistema de generación como el sistema de inversores bidireccionales, grupo electrógeno y carga (usuarios). De igual modo actualmente se viene ejecutando el proyecto de electrificación de la Isla Taquile, también el departamento de Puno.

• Acciona Microenergía Perú (AMP), gestionado mediante iniciativa privada para brindar el servicio público de electricidad mediante un sistema híbrido (solardiésel). El proyecto de microrred se desarrolla en la Localidad de Copal Urco, situada en la cuenca del río

Napo de la región Loreto, que cuenta con servicio de energía eléctrica mediante sistemas fotovoltaicos domiciliarios a los hogares más alejados del núcleo de población, y los hogares más concentrados de la localidad, los locales comunales y el alumbrado público, contaban con servicio eléctrico de alrededor de 3 horas al día, y por la noche mediante una microrred se alimentaba con un generador diésel algunas horas más.

Con el objetivo de mejorar el servicio de esta microrred, a finales del año 2021 la empresa Acciona Microenergía Perú ejecutó el proyecto de una planta solar fotovoltaica de 33,5 kW de capacidad con un sistema de almacenamiento de electricidad en baterías de litio de 110 kWh, para reemplazar la generación diésel actual

que queda como sistema de apoyo de emergencia, además de incorporar instalaciones adicionales, así como medidores de consumo con sistema prepago en las viviendas. Por lo que el servicio ofrecido mediante este proyecto permitirá incrementar el número de horas de electricidad disponible en los hogares, dar servicio 24 horas a los locales comunales y sustituir el uso de diésel.

En el marco del uso de recursos energéticos renovables para el Perú, otra iniciativa relevante es la gestión realizada por el Gobierno Regional de San Martín (Goresam), mediante la ejecución de proyectos de Plantas Modelo de Energía Solar, estos proyectos son:

• Durante el primer semestre de 2021 el Gobierno Regional de San Martín inauguró la planta de generación de energía solar fotovoltaica conectada a la red para la Estación Pesquera Ahuashiyacu, en el distrito de La Banda de Shilcayo en la ciudad de Tarapoto. Dicha planta está conformada por 288 módulos de 400 Vpico cada uno, que suman una capacidad total de

115.2 kilovatios pico, lo que permite un ahorro de hasta el 95% del consumo generado durante el día.

Este proyecto piloto, que se realizó bajo la modalidad de administración directa, se encuentra alineado al objetivo estratégico del Goresam que busca economizar el costo por suministro de energía eléctrica en los procesos productivos, contribuyendo a preservar el medio ambiente.

fueron realizadas por administración directa, ubicadas en la Granja Ganadera de Calzada y el Instituto Tecnológico Alto Mayo, en la provincia de Moyobamba.

La primera de ellas, dentro de la Granja Ganadera de Calzada, tiene 180 módulos y genera hasta 72 kilovatios de energía. Comprende además una despulpadora y tiene

• También durante el segundo trimestre del año 2021, el Gobierno Regional de San Martín, implementación y puesta en funcionamiento de dos modernos sistemas de generación de energía solar fotovoltaica que

iluminación exterior con una larga capacidad pues la actual demanda de la granja ganadera es de 35 kilovatios.

La segunda de ellas, se trata del sistema fotovoltaico en el Instituto Tecnológico del Alto Mayo, el cual genera

34 kilovatios pico, que se sincroniza con la red pública y es suficiente para abastecer de energía a toda esa casa de estudios. Además, cuenta

con un sistema de monitoreo y está instalado sobre la estructura de los techos del estacionamiento.

Finalmente, de acuerdo al Atlas de la Energía Solar en el Perú, y en términos de la radiación solar los Andes centrales constituyen una región poco explorada. Por lo que surgen preguntas como:

¿Esta zona tiene el potencial suficiente para desarrollar proyectos fotovoltaicos?, ¿Hay posibilidades de parques solares en los Andes? Para responder a esta pregunta tenemos un caso muy relevante, y se trata del primer laboratorio solar, SolarLab en la región Junín.

A la fecha, en el Perú se ejecutaron siete centrales solares en las zonas norte y sur del país debido a los altos valores de irradiación, en el caso de la sierra central del país es importante considerar que no existen registros de este tipo, por este motivo en el año 2021 por iniciativa de la empresa Statkraft se desarrolló el proyecto “SolarLab” y se puso en funcionamiento el primer laboratorio solar a una altura de 3800 m.s.n.m. en la zona de Malpaso, en la provincia de Yauli, región Junín, con una capacidad instalada de 40 kW, que también considera una estación meteorológica que capta los datos de radiación y humedad, y comprende un área de 1200 m2 aproximadamente. El proyecto tiene el objetivo de estudiar y analizar cuatro nuevas tecnologías de módulos solares considerando las características climáticas, la altitud y los diversos niveles de radiación propias de la zona, con miras a replicar los resultados probados en una planta solar a gran escala de alrededor de 30 MW para realizar la venta de energía a clientes libres o regulados, además de generar un aporte a la innovación en tecnología fotovoltaica en colaboración con universidades, gobiernos regionales e instituciones de I+D.

Los tipos de módulos y equipos instalados son:

• Estructura fija con módulo Mono-Cristalino PERC con un único inversor.

• Estructura fija con módulo Poli-Cristalino c-Si con un único inversor.

• Estructura fija con módulo Bifacial Mono PERC con un único inversor.

• Tracker de un eje con módulo Thin-Film CIGS con un único inversor.

Indudablemente, este proyecto abrirá paso a la innovación en tecnología fotovoltaica permitiendo llevar este tipo de estudios a otras alturas, latitudes y condiciones geográficas.

Comentario final: los proyectos e iniciativas descritos nos muestran que las energías renovables son viables técnica y económicamente para llevar electricidad a zonas rurales y localidades aisladas, teniendo en cuenta de que estas zonas presentan entornos complejos desde el punto de vista geográfico, climatológico y logístico, y que existe más de una solución como los microrredes y los sistemas híbridos para alcanzar la universalidad en el acceso a servicios de electricidad confiables, asequibles, sostenibles y alineados con la transición energética hacia la carbono neutralidad.