Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Máster Oficial Universitario en Energías Renovables Materia 5: Energía eólica Trabajo 6
JAVIER TRESPALACIOS INSIGNARES
10 de septiembre de 2011
i
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... vi 1.
ENUNCIADO............................................................................................................................... 7
2.
MARCO CONCEPTUAL .............................................................................................................. 9 2.1.
2.1.1.
Sistema eólico ........................................................................................................... 9
2.1.2.
Aerogenerador........................................................................................................... 9
2.1.3.
Estación Meteorológica .......................................................................................... 10
2.1.4.
Velocidad del viento ............................................................................................... 10
2.1.5.
Curva de potencia de un aerogenerador ............................................................ 11
2.1.6.
Factor de Carga....................................................................................................... 12
2.2. 3.
R.D. 661/2007 (Real decreto 661/2007, de 25 de mayo) ........................................ 12
Ubicación del Proyecto y Descripción del Área .................................................................. 13 3.1.
4.
Conceptos Básicos ............................................................................................................ 9
Moralzarzal ....................................................................................................................... 13
Determinación del Recurso Eólico ........................................................................................ 14 4.1. Porcentaje anual de la frecuencia de la velocidad y el tiempo a 10 metros de altura 14 4.1.1.
Velocidad media a 10 metros ............................................................................... 15
4.1.2.
Curva de potencia de los aerogeneradores ........................................................ 15
4.1.3.
Potencia anual producida por los aerogeneradores a 10metros ..................... 16
4.1.4.
Factor de Carga a 10 metros ................................................................................ 16
4.2.
Recurso a 25 metros ...................................................................................................... 16
4.2.1.
Velocidad media a 25 metros ............................................................................... 17
4.2.2.
Frecuencia y potencia del viento a 25 metros ................................................... 17
ii
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
4.2.3. 4.3.
5.
Factor de Carga a 25 metros ................................................................................ 18
Comparación del recurso eólico a 10metros y 25metros ......................................... 19
4.3.1.
Comparación entre el tiempo y la velocidad a 10 y 25 metros ....................... 19
4.3.2.
Comparación potencia anual a 10 y 25 metros al ano ..................................... 20
Análisis económico.................................................................................................................. 21 5.1.
Estimación de los costes de inversión de un parque eólico ..................................... 21
4.3.3. 5.2.
Costos iniciales Aerogeneradores ......................................................................... 22
Costes de explotación y mantenimiento ..................................................................... 22
4.3.4.
Costos de operación y mantenimiento de los Aerogeneradores ..................... 24
5.3.
Evolución de las horas de funcionamiento equivalentes en el parque eólico ....... 24
5.4.
Precio de venta de la electricidad inyectada a la red ................................................ 24
4.3.5.
Real Decreto 661 de 2007 (R.D. 661/2007) ....................................................... 24
4.3.6.
Entradas durante los 25 años de vida de nuestro sistema eólico ................... 25
5.5.
Consumo eléctrico típico en un hogar Español .......................................................... 26
5.6.
Financiación para el proyecto en España.................................................................... 26
4.3.7.
Cuotas a pagar por un crédito a 10, 15 y 20 anos, del Sistema Eólico ......... 27
6.
Análisis de resultado .............................................................................................................. 28
7.
CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 30
8.
REFERENCIAS .......................................................................................................................... 31
iii
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
TABLA DE FIGURAS
Figura 1: Distribución velocidad. .................................................................................................... 8 Figura 2: Valores potencia aerogeneradores................................................................................ 8 Figura 3: Ejemplo sistema eólico de baja potencia ..................................................................... 9 Figura 4: Ejemplo Aerogenerador ................................................................................................ 10 Figura 5: Ejemplo Estación Meteorológica .................................................................................. 10 Figura 6: Medición de la fuerza del viento según la escala Beaufort ..................................... 11 Figura 7: Curva Potencia vs Velocidad ........................................................................................ 11 Figura 8: Ubicación geográfica de Moralzarzal .......................................................................... 13 Figura 9: Horas velocidad viento 10metros ................................................................................ 15 Figura 10: Curva de potencia de los aerogeneradores ............................................................. 15 Figura 11: Coeficiente de rugosidad. ........................................................................................... 17 Figura 12: Comparación de las horas de la velocidad del viento ............................................ 19 Figura 13: Comparación potencia anual a 10 y 25 metros ...................................................... 20 Figura 14: Costos de inversión de un parque eólico ................................................................. 21 Figura 15: Repartición de costos de un aerogenerador ........................................................... 22 Figura 16: Porcentaje de costos de operación y mantenimiento de un parque eólico ........ 23 Figura 17: Costos de operación y mantenimiento de un parque eólico ................................. 23 Figura 18: Esquema retributivo para la energía eólica. ............................................................ 25 Figura 19: TAE de Euribor del mes de agosto 2011 ................................................................. 26 Figura 19: Calculo de cuotas de préstamo, con el método francés ........................................ 27
iv
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Precios aerogeneradores ................................................................................................. 7 Tabla 2: Tiempo anual de la velocidad del viento ..................................................................... 14 Tabla 3: Producción anual de los aerogeneradores a 10metros ............................................. 16 Tabla 4: Factor de carga a 10metros .......................................................................................... 16 Tabla 5: Potencia, frecuencia y horas anuales a 25 mts .......................................................... 18 Tabla 6: Factor de carga a 25 mts ............................................................................................... 18 Tabla 7: Costos iniciales de los Aerogeneradores ..................................................................... 22 Tabla 8: Costos operación y mantenimiento de los Aerogeneradores ................................... 24 Tabla 9: Entradas anual por la venta de electricidad ............................................................... 25 Tabla 10: Entradas primeros 20ans, después de 20ans y total .............................................. 26 Tabla 11: Pagos por consumo de electricidad anual y en 10, 15, 20 y 25 anos .................. 26 Tabla 12: Gasto inicial e Mantenimiento-Operación a 10, 15, 20 y 25 anos......................... 27 Tabla 13: Cuotas anuales por un préstamo a 10, 15, 20 y 25 anos ...................................... 27 Tabla 14: Información general de la opción C ........................................................................... 29 Tabla 15: Beneficio de la opción C .............................................................................................. 29
v
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
INTRODUCCIÓN
Este trabajo mostrara como se realiza el estudio de un proyecto eólico de baja potencia en la localidad de Moralzarzal cerca de Madrid.
Tomaremos tres tipos de aerogenerador, y seleccionaremos el que más conviene desde económicamente.
vi
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
1. ENUNCIADO
Un profesor de la localidad madrileña de Moralzarzal, tras completar su máster en Energías Renovables, está sopesando la idea de instalar un sistema eólico de baja potencia a las afueras del pueblo donde reside. La intención del profesor es ahorrarse un dinero con la venta de energía eléctrica a la red y mejorar los conocimientos adquiridos durante el curso. Por otro lado, le interesaría conocer el supuesto ahorro respecto a la factura actual que paga. (Suponiendo el consumo tipo de un hogar español). Debido a la estructura de la casa, tendrá que colocar el aerogenerador a unos 25 metros de altura. El tipo de terreno aguas arriba, se puede definir como rugoso, con numerosos árboles. Cerca de la zona donde vive, hay una estación meteorológica, que es el lugar donde ha recogido los datos. Tras su análisis documental, ha descartado varias alternativas, aunque aún sigue dudando entre tres opciones.
Tabla 1: Precios aerogeneradores Fuente: Enunciado
Necesita que le eches una mano haciendo cálculos técnicos y económicos, para determinar cuál de las opciones le interesaría más y por qué. El proyecto tendrá una vida en torno a los 25 años. NOTA: Tendrás que tener en cuenta, además de las tablas que vienen a continuación, los datos de tarifas y precios que vienen recogidos en el R.D. 661/2007. Tendrás que estimar costes adicionales según tu criterio (obra civil, administrativos, ingeniería, materiales, financiación…)
ANEXOS Distribución de velocidades recogidas de la estación meteorológica situada a 10 metros de altura.
7
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
Figura 1: Distribución velocidad. Fuente: Enunciado
Figura 2: Valores potencia aerogeneradores Fuente: Enunciado
8
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
2. MARCO CONCEPTUAL
2.1. Conceptos Básicos 2.1.1. Sistema eólico Un sistema eólica obtiene su energía con el viento; que se produce por la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire.
Figura 3: Ejemplo sistema eólico de baja potencia Fuente: http://centraleolica3.blogspot.com
2.1.2. Aerogenerador “Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento
(turbina eólica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtención de harina” (Fuente: http://es.wikipedia.org/).
9
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
Figura 4: Ejemplo Aerogenerador Fuente: http://es.wikipedia.org/
2.1.3. Estación Meteorológica “Una estación meteorológica es una instalación destinada a medir y registrar regularmente
diversas variables meteorológicas. Estos datos se utilizan tanto para la elaboración de predicciones meteorológicas a partir de modelos numéricos como para estudios climático” (Fuente: http://es.wikipedia.org/).
Figura 5: Ejemplo Estación Meteorológica Fuente: http://iesagreda.centros.educa.jcyl.es
2.1.4. Velocidad del viento “El viento produce energía porque está siempre en movimiento. Se estima que la energía
contenida en los vientos es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la tierra. El contenido energético del viento depende de su velocidad. Cerca del suelo, la velocidad es baja, aumentando rápidamente con la altura. Cuanto más accidentada sea la superficie del terreno, más frenará ésta al viento. Es por ello que sopla con menos velocidad en las depresiones terrestres y más sobre las colinas. No obstante, el
10
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
viento sopla con más fuerza sobre el mar que en la tierra.” (Fuente: http:// www.oni.escuelas.edu.ar/). Escala de Beaufort
Denominación
Efectos observados
Nudos
Km/hora
menos de 1
0 a 1,9
0
Calma
El humo se eleva en vertical.
1
Ventolina ó brisa muy ligera
El viento inclina el humo, no mueve banderas.
1a3
1,9 a 7,3
2
Flojito ó brisa ligera
Se nota el viento en la cara.
4a6
7,4 a 12
3
Flojo ó pequeña brisa
El viento agita las hojas y extiende las banderas.
7 a 10
13 a 19
4
Bonancible ó brisa moderada
El viento levanta polvo y papeles.
11 a 16
20 a 30
5
Fresquito ó buena brisa
El viento forma olas en los lagos.
17 a 21
31 a 40
6
Fresco
El viento agita las ramas de los árboles, silban los cables, brama el viento.
22 a 27
41 a 51
7
Frescachón
El viento estorba la marcha de un peatón.
28 a 33
52 a 62
8
Duro
El viento arranca ramas pequeñas.
34 a 40
63 a 75
9
Muy duro
El viento arranca chimeneas y tejas.
41 a 47
76 a 88
10
Temporal ó tempestad
Grandes estragos.
48 a 55
89 a 103
11
Tempestad violenta
Devastaciones extensas.
56 a 63
104 a 118
12
Huracán
Huracán catastrófico.
64 y más
119 y más
Figura 6: Medición de la fuerza del viento según la escala Beaufort Fuente: http://www.oni.escuelas.edu.ar/
2.1.5. Curva de potencia de un aerogenerador “La curva de potencia de un aerogenerador es un gráfico que indica cuál será la potencia eléctrica disponible en el aerogenerador a diferentes velocidades del viento ” (Fuente: http:// www.motiva.fi/).
Figura 7: Curva Potencia vs Velocidad Fuente: Pena, 2010
11
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
2.1.6. Factor de Carga “Factor de carga) de una central eléctrica es el cociente entre la energía real generada por la
central eléctrica durante un período (generalmente de forma anual) y la energía generada si hubiera trabajado a plena carga durante ese mismo período, conforme valores nominales placa de identificación de los equipos. Es una indicación de la utilización de la capacidad de la planta en el tiempo” (Fuente: es.wikipedia.org).
2.2. R.D. 661/2007 (Real decreto 661/2007, de 25 de mayo) “El establecimiento de un régimen jurídico y económico de la actividad de producción de
energía eléctrica en régimen especial que sustituye al Real Decreto 436/2004, de 12 de marzo, por el que se establece la metodología para la actualización y sistematización del régimen jurídico y económico de la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial por una nueva regulación de la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial” (Fuente: http:// www.croem.es/).
12
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
3. Ubicación del Proyecto y Descripción del Área 3.1.
Moralzarzal
“Moralzarzal es un municipio madrileño que está situado al pie de los cordeles de la Sierra de Guadarrama y en el valle del río del mismo nombre, ocupa una superficie de 43,5 Km2 y está situado en las estribaciones de la Sierra de Guadarrama por lo que tiene un clima característico donde destacan los inviernos fríos y los veranos secos y calurosos. Altura 979m.” (Fuente: http:// www.sierraguadarrama.info/).
Figura 8: Ubicación geográfica de Moralzarzal Fuente: maps.google.com
13
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
4. Determinación del Recurso Eólico 4.1. Porcentaje anual de la frecuencia de la velocidad y el tiempo a 10 metros de altura 5.1.
De la figura aaa del enunciado tomamos los porcentajes anuales, para obtener el tiempo y la velocidad
anual
a
10
( 5.2. Figura 9: Horas velocidad viento 10metros): Velocidad del Viento (m/s) 10mts 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
f% (10mts) 5.00 9.50 12.75 13.75 13.50 12.50 10.25 7.75 5.50 4.00 2.25 1.25 1.00 0.75 0.25 0
14
Tiempo anual (h) 10mts 438.00 832.20 1116.90 1204.50 1182.60 1095.00 897.90 678.90 481.80 350.40 197.10 109.50 87.60 65.70 21.90 0
metros
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
17 18 19 20 Total
0 0 0 0 100
0 0 0 0 8760.00
Tabla 2: Tiempo anual de la velocidad del viento Fuente: elaboración propia
Teniendo los valores de la tabla bbb, hacemos una grafica tiempo vs velocidad; para apreciar que velocidad se produce más.
Figura 9: Horas velocidad viento 10metros (Fuente: Elaboración propia)
4.1.1. Velocidad media a 10 metros Con los datos de la tabla 2, podemos calcular la velocidad media: vmedia (10mts) = Σ [Tiempo anual h · vm/s] / horas anuales
h
vmedia (10mts) = 48’377.1 / 8’760 vmedia (10mts) = 5.52 (m/s)
4.1.2. Curva de potencia de los aerogeneradores Tomamos los valores de potencia y velocidad del enunciado y los comparamos en la grafica siguiente:
15
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
Figura 10: Curva de potencia de los aerogeneradores Fuente: Elaboración propia
4.1.3. Potencia anual producida por los aerogeneradores a 10metros Tomamos los valores de potencia y horas anuales por velocidad (ver figura nnn) y vemos los que produciría cada generador. Velocidad del Viento (m/s) 10mts 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Total
Tiempo anual (h) 10mts 438.00 832.20 1116.90 1204.50 1182.60 1095.00 897.90 678.90 481.80 350.40 197.10 109.50 87.60 65.70 21.90 0 0 0 0 0 8760
P (15 KWh) 10mts/anual 0 0 0 240.90 709.56 1314.00 1795.80 1900.92 1927.20 1857.12 1261.44 897.90 858.48 736 289 0 0 0 0 0 13788.24
P (12 KWh) 10mts/anual 0 0 0 1565.85 3547.80 4380.00 5387.40 5091.75 4336.20 3504.00 2168.10 1314.00 1073.10 828 0 0 0 0 0 0 267950.88
P (6 KWh) 10mts/anual 0 0 0 1084.05 1773.90 2190.00 2693.70 2511.93 2168.10 1752.00 1084.05 657.00 547.50 420 0 0 0 0 0 0 16882.71
Tabla 3: Producción anual de los aerogeneradores a 10metros Fuente: elaboración propia
4.1.4. Factor de Carga a 10 metros Ahora calculamos nuestro factor de carga, utilizando la ecuación y los valores de la tabla 3:
16
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
FC(%) = [(Potencia_AnualKWh / Potencia_AerogeneradorKW) · 100] / 8760 (h) FC(%10mts)_15KW FC(%10mts)_12KW FC(%10mts)_6KW
10.49% 31.58% 32.12%
Tabla 4: Factor de carga a 10metros Fuente: elaboración propia
4.2. Recurso a 25 metros Ahora buscaremos los valores para 25 metros, que es donde colocaremos el buje de nuestro sistema eólico, y donde será importante saber el recurso eólico para obtener la generación eléctrica que tendremos.
4.2.1. Velocidad media a 25 metros Teniendo el valor medio a 10metros, podemos utilizar la ecuación siguiente y obtener el valor medio a 25 metros (valor capitulo mmm). v (y’) / v (y0) = (y’ / y0)α v (y’) = v (y0) · (y’ / y0)α Donde v (y’) es la velocidad a 25 metros, v (y0) la velocidad media a 10metros, y’ igual a 25 metros, y0 igual a 10 metros y α el valor de rugosidad. El valor de la rugosidad lo obtenemos en la siguiente figura, donde nos dice que nuestro lugar tiene un terreno accidentado y con muchos bosques, por eso tomamos el valor máximo de 0.26.
Figura 11: Coeficiente de rugosidad. Fuente: Pena, 2010
17
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
Ahora volvemos a la ecuación v (y’) = v (y0) · (y’ / y0)α y remplazamos: vmedia (25mts) = 6.98 (m/s)
4.2.2. Frecuencia y potencia del viento a 25 metros El porcentaje de la frecuencia nos da el tiempo en horas de cada velocidad al ano. Para estimar esta frecuencia utilizaremos el método de probabilidad de Weibull.
f(v) = (K/c) · (v/c)K-1· e-(v/c)K
Donde: El valor de K es 2 cuando no se tiene detalles del lugar (Fuente: Energía Eólica, Pedro Navas); y la utilizamos para encontrar el valor del factor c. c = vmedia_25mts / Γ (1 + 1/K) c = 7,89 Ahora podemos obtener los valores de la frecuencia a 25mts; lo vemos en la tabla bbb:
Velocidad Viento (m/s) f% Tiempo anual (h) 25mts (25mts) 25mts 1 3.17 277.95 2 6.05 529.65 3 8.37 732.95 4 9.97 872.97 5 10.77 943.82 6 10.83 948.53 7 10.24 897.37 8 9.19 805.26 9 7.86 688.74 10 6.43 563.34 11 5.04 441.70 12 3.80 332.56 13 2.75 240.76 14 1.92 167.77 15 1.29 112.62 16 0.83 72.88 17 0.52 45.48 18 0.31 27.39
18
P (15 KWh) P (12 KWh) 25mts/anual 25mts/anual 0 0 0 0 0 0 174.59 1134.86 566.29 2831.47 1138.23 3794.11 1794.74 5384.22 2254.72 6039.42 2754.95 6198.63 2985.72 5633.43 2826.86 4858.67 2726.98 3990.70 2359.43 2949.29 1879 2114 1487 0 1093 0 846 0 0 0
P (6 KWh) 25mts/anual 0 0 0 785.67 1415.73 1897.06 2692.11 2979.45 3099.31 2816.72 2429.33 1995.35 1504.74 1074 0 0 0 0
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
19 20 Total
0.18 0.10 99.62
15.92 8.94 8727
0 0 24887.26
0 0 44928.69
0 0 22689.20
Tabla 5: Potencia, frecuencia y horas anuales a 25 mts Fuente: elaboración propia
4.2.3. Factor de Carga a 25 metros Ahora calculamos nuestro factor de carga, utilizando la ecuación: FC(%) = [(Potencia_AnualKWh / Potencia_AerogeneradorKW) · 100] / 8760 (h)
FC(%25mts)_15KW FC(%25mts)_12KW FC(%25mts)_6KW
18.94% 42.74% 43.17%
Tabla 6: Factor de carga a 25 mts Fuente: elaboración propia
4.3. Comparación del recurso eólico a 10metros y 25metros Teniendo los valores de la frecuencia del viento anual, obtemos las horas a 10 y 25 metros; los compararemos en una grafica para ver las diferencia entre las dos:
4.3.1. Comparación entre el tiempo y la velocidad a 10 y 25 metros El porcentaje de la frecuencia nos da el tiempo en horas de cada velocidad al ano.
Figura 12: Comparación de las horas de la velocidad del viento Fuente: Elaboración propia
En la grafica vemos el mayor recurso eólico que hay a 25 metros. 19
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
4.3.2. Comparación potencia anual a 10 y 25 metros al ano
Figura 13: Comparación potencia anual a 10 y 25 metros Fuente: Elaboración propia
Vemos muy claro que hay más potencia a 25 metros que a 10 metros.
20
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
5. Análisis económico Después de haber escogido el lugar donde colocaremos nuestro sistema y conocemos la probabilidad del recurso eólico; hacemos nuestro análisis económico. Como esta en el libro guía del máster (Fuente: Energía Eólica, Rafael Pena), la rentabilidad de un parque o proyecto eólico depende de: 1. 2. 3. 4.
Inversión inicial. Los costos de explotación. Las horas equivalentes de viento. Precio de venta de la electricidad inyectada a la red.
5.1. Estimación de los costes de inversión de un parque eólico En la figura 14 podemos ver los costes de inversión en un parque eólico (fuente porcentajes: unión Fenosa / FENERCOM) y observar que los aerogeneradores se llevan el 75% del costo (incluye, el propio transformador de baja tensión); la siguiente partida son los equipos eléctricos y la conexión a la red el 10% (incluye la subestación principal, los transformadores de alta y restos de los equipos y sistemas de esta, las líneas de evacuación y pago de los derechos de conexión a la red); la obra civil el 10% del coste total (incluye la realización de accesos al parque, la adecuación de los terrenos, las cimientos y plataformas de los aerogeneradores, etc.); el restante 5% incluye los equipos de control, las torres meteorológicas, la parte burocrática y legal, los permisos y licencias, la gestión de los terrenos, gastos financiación y promoción (Fuente : Energía Eólica, Rafael Pena).
Figura 14: Costos de inversión de un parque eólico Fuente: Unión Fenosa (Fenercom)
21
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
El coste desglose de un aerogenerador lo podemos ver en la figura 15 siguiente.
Figura 15: Repartición de costos de un aerogenerador Fuente: AEE – Asociación Empresarial Eólica
4.3.3. Costos iniciales Aerogeneradores El enunciado nos da el valor de los aerogeneradores: Concepto
%
Aerogenerador Equipo Electrico Obra Civil Otros Total
75 10 10 5 100
Option A (15KW) Euro 15000 2000 2000 1000 20000
Option B (12KW) Euro 30000 4000 4000 2000 40000
Option C (6KW) Euro 12000 1600 1600 800 16000
Tabla 7: Costos iniciales de los Aerogeneradores Fuente: elaboración propia
5.2. Costes de explotación y mantenimiento “Es el gasto que permite el normal funcionamiento de la instalación. Estos gastos incluyen
los salarios del personal del parque, el propio consumo eléctrico, de agua o de combustible en las instalaciones o vehículos de este y el llamado coste de gestión (incluye utilización del terreno, el mantenimiento de los equipos, el pago de pólizas de seguros y de impuestos, los gastos de administración e auditoria, etc.” (Fuente: Energía Eólica, Rafael Pena).
22
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
En la figura 15 vemos que 55% de los gastos están en los costes variables de operación y mantenimiento y el 45% corresponde a los costes de gestión que incluyen seguros e impuestos, mantenimiento, alquiler gestión y administración.
Figura 16: Porcentaje de costos de operación y mantenimiento de un parque eólico Fuente: AEE – Asociación Empresarial Eólica
“Con respecto a los cánones por alquiler del terreno, no hay que perder de vista que estos
sitios suelen ser propiedad de los municipios o de particulares. Por ello los promotores de un parque eólico debe negociar con los dueños las cesión de las parcelas para la explotación eólica durante la vida de esta” (Fuente: Energía Eólica, Rafael Pena). “En efecto, el coste de mantenimiento de los aerogeneradores es muy poco importante al
comienzo de la explotación, dado que las máquinas están en el periodo de garantía que el fabricante asegura. Ésta suele cubrir los dos primeros años de funcionamiento. Una vez que el periodo de garantía ha finalizado, el mantenimiento sigue siendo realizado por el fabricante, que cobra por ello una cuota anual que suele estar fijada de antemano. Este periodo dura hasta el quinto año. A partir de entonces, y hasta el final de la vida útil de los aerogeneradores, el coste del mantenimiento puede crecer considerablemente, ya que el fabricante no garantiza de antemano el coste de las operaciones a realizar ” (Fuente: Energía Eólica, Rafael Pena).
Figura 17: Costos de operación y mantenimiento de un parque eólico Fuente: AEE – Asociación Empresarial Eólica
23
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
4.3.4. Costos de operación y mantenimiento de los Aerogeneradores Viendo el valor en la figura 17 dado por el AEE (estudio InterMoney) de 0.0205 €/KWh; el valor del arrendamiento no se elimina de los porcentajes; la garantía de 2 anos que tiene los equipos (consideración personal, tomado como ejemplo la mayoría de aparatos mecánicos) no se retiraran de los costos. Tomamos los valores de la potencia anual de la tabla bbb, y obtenemos los valores por el producido anual ((Potencia_anual (KWh)) · 0.0205 (€/KWh)):
Opción A (15KW) Euro/anual 510.19
Opción B (12KW) Euro/anual 921.04
Opción C (6KW) Euro/anual 465.13
Tabla 8: Costos operación y mantenimiento de los Aerogeneradores Fuente: elaboración propia
5.3. Evolución de las horas de funcionamiento equivalentes en el parque eólico “La rentabilidad final de una explotación de energía eólica depende fuertemente del valor
total de la energía eléctrica inyectada y vendida a la compañía compradora. Y es que los ingresos finales percibidos por el dueño de la instalación son directamente proporcionales a los kilovatios·/ hora producidos por ésta. La electricidad inyectada en la red depende de las características del parque (en particular, de la potencia total instalada) y del número de horas equivalentes de viento del emplazamiento en cuestión a lo largo de toda su vida útil” (Fuente: Energía Eólica, Rafael Pena).
5.4. Precio de venta de la electricidad inyectada a la red “La legislación vigente en la actualidad en España permite a los productores de energías renovables vender la electricidad acogiéndose dos posibles modalidades: la opción a mercado y la opción a tarifa regulada. En ambos casos, el vendedor percibe un precio muy ventajoso con respecto a otras fuentes de energía no renovables, dado que el estado se encarga de incentivar la producción de las fuentes limpias mediante el sistema de tarifas subvencionadas.
Los parques con fecha de puesta en marcha posteriores al 1 de enero de 2008 están regidos por el esquema retributivo del Real Decreto 661 de 2007” (Fuente: Energía Eólica, Rafael Pena). 4.3.5. Real Decreto 661 de 2007 (R.D. 661/2007) “El Real Decreto 661 de 2007 modifica el régimen económico y jurídico que regula el
régimen especial vigente hasta ese momento, al derogar el Real Decreto 436/2004 y cualquier otra disposición de igual o inferior rango en lo que se oponga a la nueva norma.
24
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
En el caso de la energía eólica, en la primera opción, el precio a percibir queda desligado de la tarifa eléctrica media o de referencia (que desaparece, como se comentó anteriormente). La actualización anual de la retribución quedaba ligada al índice de precios al consumo (IPC), a partir del valor que el RD 661 establece, que es de 7,3 céntimos de euro por KWh. Por lo demás, se mantenía la estructura básica de su regulación. La figura 16 muestra el esquema retributivo para la energía eólica en ambas opciones, la de tarifa regulada y la de mercado. En esta última, se percibe el precio de éste más la prima de referencia, que es de 2,93 céntimos de euro por KWh. Los límites superior e inferior de la banda son de 8,5 y 7,1 céntimos de euro. Tras los primeros 20 años, la prima desaparece, y las instalaciones perciben el precio de mercado.
Figura 18: Esquema retributivo para la energía eólica. (Fuente: Pena, 2010)
El 661 también prevé que las tarifas se revisen cada 4 años, teniendo en cuenta el cumplimiento de los objetivos fijados y los nuevos costes de cada tecnología. Sin embargo, las revisiones futuras no afectan a las instalaciones ya puestas en marcha, para garantizar la estabilidad en el sector” (Fuente: Energía Eólica, Rafael Pena). Para este proyecto tomaremos los valores de la tarifa regulada, los cuales están en la figura 16; 7.3228 c€/KWh durante los primeros 20 años y 6.12 c€/KWh a partir de 20 anos (solo por 5 anos para nuestro caso).
Regulada primeros 20ans Regulada a partir de 20ans
Opción A (15KW) Euro/anual 1822.44 1523.10
Opción B (12KW) Euro/anual 3290.04 2749.64
Opción C (6KW) Euro/anual 1661.48 1388.58
Tabla 9: Entradas anual por la venta de electricidad Fuente: elaboración propia
4.3.6. Entradas durante los 25 años de vida de nuestro sistema eólico Teniendo la entrada anual por la producción de cada aerogenerador, obtendremos lo que ganaríamos en los 25 años de vida:
25
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
Entrada primeros 20ans Entrada partir de 20ans (5ans) Total entradas en 25ans
Opción A (15KW) Euro/anual 36448.88 7615.50 44064.38
Opción B (12KW) Euro/anual 65800.76 13748.18 79548.94
Opción C (6KW) Euro/anual 33229.69 6942.89 40172.58
Tabla 10: Entradas primeros 20ans, después de 20ans y total Fuente: elaboración propia
5.5. Consumo eléctrico típico en un hogar Español Según los datos del EDESA, el consumo medio español es de 4000 KWh/anual; y el precio de la electricidad es de 0.117759€/KWh. El pago anual por el consumo de electricidad y lo que se pagaría a 10, 15, 20 y 25 anos: 4000 (KWh/anual) · 0.117759€/KWh 471.04 (€/anual) · 10ans 471.04 (€/anual) · 15ans 471.04 (€/anual) · 20ans 471.04 (€/anual) · 25ans
471.04 €/anual 4710.04 €/10ans 7065 €/15ans 9420.8 €/20ans 11776 €/25ans
Tabla 11: Pagos por consumo de electricidad anual y en 10, 15, 20 y 25 anos Fuente: elaboración propia
5.6. Financiación para el proyecto en España Colocaremos nuestro proyecto a ver los que nos daría el préstamo a 10, 15, 20 y 25 anos. Trataremos de pedir un crédito que cubra toda la inversión inicial al y el gasto de mantenimiento-operación anual (ver tabla nnn); trataremos que lo ganado anualmente llene esa cuota anual, que tendríamos que dar al banco: Para calcular la cuota de nuestro préstamo utilizaremos el método francés. Tomaremos la TAE de Euribor del mes agostos 2.097 (figura mmm) y le sumaremos un diferencial para la variación o fluctuación, teniendo un interés total de 3% anual.
Figura 19: TAE de Euribor del mes de agosto 2011 Fuente: Euribor
26
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
4.3.7. Cuotas a pagar por un crédito a 10, 15 y 20 anos, del Sistema Eólico Analizaremos cual es la mejor relación para los plazos a pagar; utilizaremos el programa que se encuentra en la página abanfin.com para sacar los resultados con el método francés (ver figura siguiente).
Figura 20: Calculo de cuotas de préstamo, con el método francés Fuente: abanfin.com
Lo primero que haremos será ver los gastos inicial (GI) y de mantenimiento-operación (MO) a 10, 15, 20 y 25 anos.
Gastos en 10ans (GI + MO) Gastos en 15ans (GI + MO) Gastos en 20ans (GI + MO) Gastos en 25ans (GI + MO)
Opción A (15KW) Euro/x_ans 25101,89 27652,83 30203,77 32754,72
Opción B (12KW) Euro/x_ans 49210,38 53815,57 58420,76 63025,95
Opción C (6KW) Euro/x_ans 20651,29 22976,93 25302,57 27628,21
Tabla 12: Gasto inicial e Mantenimiento-Operación a 10, 15, 20 y 25 anos Fuente: elaboración propia
Con los resultados de la tabla anterior vamos a la página de abafin.com y miramos las cuotas a pagar durante 10, 15, 20 y 25 anos, y utilizando una tasa de interés de 3% anual.
Cuotas anuales a 10ans Cuotas anuales a 15ans Cuotas anuales a 20ans Cuotas anuales a 25ans
Opción A (15KW) Euro/anual 2942.71 2316.38 2030.17 1881.03
Opción B (12KW) Euro/anual 5768.96 4507.95 3926.76 3619.45
Opción C (6KW) Euro/anual 2420.96 1924.7 1700.73 1586.63
Tabla 13: Cuotas anuales por un préstamo a 10, 15, 20 y 25 anos Fuente: elaboración propia
27
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
6. Análisis de resultado Luego de ver los diferentes detalles como producción de energía, los gastos que producen las opciones y las ganancias que se pueden obtener; analizamos que sistema podría ser el mejor (en los siguientes párrafos subrayaremos la mejor opción).
1. La primera deducción (tabla ppp) es que la opción B (12KWh) tiene una mayor producción de potencia, con 44928 KWh/anual y la opción C (6 KWh) 22689.20 KWh/anual. 2. La segunda deducción (tabla ttt) importante es el factor de carga, vemos que la opción C tiene la mejor con 43.2% y la segunda con 42.7% la opción B. 3. La tercera deducción (tabla vvv) que tomamos es el coste inicial; la opción C es la más baja con 16000 €, después la opción A con 20000 € y la más costosa la opción B con 40000 €. 4. La cuarta deducción (tabla hhh) es el costo de mantenimiento y operación anual; la opción C es la más barata con 465.1 € anual, opción B 921.04 € y la opción A 510.19 €. 5. La quinta deducción (tabla eee) son los ingresos anuales por lo producido; la opción A ganara durante los primeros 20 anos 3290 €/anuales y a 25 anos 79545 €; la opción B 3649 €/anuales y 44064.38 € en 25 anos; y la opción C 1661.5 €/anuales y 40172.6 € en 25 anos. 6. La sexta deducción (tabla www) es la financiación de nuestro sistema eólico; queremos cubrir el máximo en que no tengamos gastos extras y tener beneficios lo más pronto; buscamos que lo ganado anualmente por la venta de energía nos ayude a cubrir las cuotas de nuestro préstamo; de todos los resultados resulta la más interesante la opción C donde obteniendo un préstamo a 20 anos de 25302.6 € y pagando una cuota anual de 1700.7 € por el mismo número de años, podríamos cubrirla al 97.7% con lo ingresado anualmente por la venta de energía a la red.
28
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
Nuestra propuesta es la Opción C:
Potencia anual (KWh) Factor de Carga (%) Gasto inicial (€) Mantenimiento y Operacion anual (€) Gastos total en 20 anos GI+MO (€) Gastos total en 25 anos GI+MO (€) Ingreso anual los 20 primeros anos (€) Ingreso anual después de 20 anos (€) Ingreso total después durante 20 años (€) Gastos por consumo anual de energía (€) Gasto por consumo de energia en 20ans (€) Gasto por consumo de energia en 25ans (€) Prestamo por 20ans (€) Interes anual (%) Cuotas anuales durante 20ans (€)
223689 43.2 16000 465.1 25302.57 27628.2 1661.5 1388.6 33230 471 9420 11776 25302.57 3 1700.7
Tabla 14: Información general de la opción C Fuente: elaboración propia
Con los datos de la tabla anterior vemos que pagaremos una cuota anual durante 20 años de 1700.7 €, a esto le restaremos lo que recibiremos por la venta de energía anual 1661.5 €; esto nos muestra que tendría que salir de nuestro bolsillo 39.2 €/anuales (1700.7 – 1661.5 = 39.2) para completar la cuota (39.2 € · 20ans = 748 €/20ans; lo restaremos más adelante) y durante este tiempo se pagara la factura de la electricidad. A partir de los 20 años cuando este liquidada nuestro préstamo, podremos recibir 1388.6 € anuales durante 5 años, le restaremos los gastos de mantenimiento y operación 472€/anual y lo que se dio de mas para pagar la cuota anual del préstamo 149€ (ver párrafo anterior 748€ / 5ans = 149€/anual), que nos deja un beneficio anual de 916.6€; cantidad suficiente para pagar la factura por consumo de energía (471€/anual); que nos dejaría 445€/anuales.
Beneficios anual después de 20ans (€) Beneficio total en 5ans Gasto factura anual consumo energía (€) Gasto total factura 5ans consumo energía (€) Beneficio total (incluido pago consumo electricidad) (€)
916.6 4583 471 2355 2225
Tabla 15: Beneficio de la opción C Fuente: elaboración propia
Es importante tener en cuenta que para este proyecto no se pidió ningún solicitud de ayuda económica estatal la cual nos hubiera ayudado para tener un mayor beneficio o la posibilidad de haber escogido otra opción.
29
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
7. CONCLUSIONES
xxx.
30
Sistema eólico de baja potencia en Moralzarzal (Madrid)
Javier TRESPALACIOS Energía solar fotovoltaica - 2011
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables
8. REFERENCIAS
Blog del aula del I.E.S. "ALCÁNTARA" . (2008, 02 04). Retrieved 06 2011, 23, from http://kilometrocero.blogia.com/2008/febrero.php BOE. (2008, 09 27). Retrieved 06 20, 2011, from http://www.boe.es/aeboe/consultas/bases_datos/doc.php?id=BOE-A-2008-15595
31