Estudio de viabilidad técnica y económica de un sistema híbrido eólico solar para la extracción de hidrocarburos en Colombia

En el presente trabajo se evalúa la viabilidad de un Sistema de Energía Renovable Híbrido Eólico Solar (SERHES) para las operaciones de extracción de hidrocarburos en la región de la Orinoquia Colombiana. Para ello fueron analizados dos casos de estudio: un pozo de alta taza con demanda de 610 kWh/d...

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Autores:
TORRES OME, ARNOLD FERNEY
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Corporación Universidad de la Costa
Repositorio:
REDICUC - Repositorio CUC
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.cuc.edu.co:11323/10635
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11323/10635
https://repositorio.cuc.edu.co
Palabra clave:
Sistema híbrido
Energías renovables
Simulación HOMER
Evaluación técnica
Evaluación económica
Extracción de hidrocarburos
Hybrid system
Renewable energies
HOMER simulation
Technical evaluation
Economic evaluation
Hydrocarbon extraction
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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La información meteorológica del recurso solar y eólico se obtiene del Data Access Viewer de la NASA Prediction of Worldwide Energy Resource (POWER). Además, se realizan análisis estadísticos y la aplicación de la función de densidad de probabilidad Weibull (PDF) para caracterizar el recurso renovable disponible. El diseño del SERHES se realiza a partir de cinco configuraciones con las cuales se realizan los cálculos de los parámetros técnicos, económicos y ambientales de cada sistema. Luego, utilizando el software Electrical Transient and Analysis Program (ETAP) se realizan los diagramas eléctricos de las soluciones con el fin de conocer la distribución y ubicación de los inversores/variadores de frecuencia. Además, se realiza un balance energético con la ayuda del software HOMER PRO donde se analizan los valores energéticos y económicos para identificar las alternativas que satisfacen la demanda de ambos casos de estudio. Los resultados muestran que existen soluciones energéticas viables tanto técnica como económicamente para ambos casos de estudio. Para el pozo de alta tasa se obtiene un SERHES de 82 kW con LCE de 0,355 USD/kWh, inversión de $1,1 MUSD, producción de energía de 115 MWh/año, reducción de emisiones de gases efecto invernadero en 88 t CO2eq/año y un ahorro aproximado de 39 kUSD/año. Mientras que para el pozo de baja tasa se encuentra un SERHES de 18,4 kW con LCE de 0,42 USD/kWh, inversión de $136 kUSD, producción de energía de 18 MWh/año, reducción de emisiones de 12 t CO2eq/año y un ahorro estimado de 25 kUSD/año. Se concluye que el sistema de 18,4 kW, perteneciente al pozo de baja tasa, es el proyecto viable, debido a que requiere una inversión menor, necesita un área de menor tamaño y presenta mayor integración eléctrica.In the present work, the feasibility of a Solar Wind Hybrid Renewable Energy System (SERHES) for hydrocarbon extraction operations in the Colombian Orinoquia region is evaluated. For this, two case studies were analyzed: a high-rate well with a demand of 610 kWh/day and a low-rate well with a requirement of 54 kWh/day. The acquisition of production and demand data is obtained from field work carried out in the region. The meteorological information of the solar and wind resource is obtained from the Data Access Viewer of the NASA Prediction of Worldwide Energy Resource (POWER). In addition, statistical analyzes and the application of the Weibull probability density function (PDF) are performed to characterize the available renewable resource. The SERHES design is carried out from five configurations with which the calculations of the technical, economic and environmental parameters of each system are made. Then, using the Electrical Transient and Analysis Program (ETAP) software, the electrical diagrams of the solutions are made in order to know the distribution and location of the inverters/variable frequency drives. In addition, an energy balance is carried out with the help of the HOMER PRO software where the energy and economic values are analyzed to identify the alternatives that satisfy the demand of both case studies. The results show that there are viable energy solutions both technically and economically for both case studies. For the high-rate well, a SERHES of 82 kW is obtained with an LCE of 0.355 USD/kWh, investment of $1.1 MUSD, energy production of 115 MWh/year, reduction of greenhouse gas emissions by 88 t CO2eq/year and an approximate saving of 39 kUSD/year. While for the low-rate well there is a SERHES of 18.4 kW with LCE of 0.42 USD/kWh, investment of $136 kUSD, energy production of 18 MWh/year, emission reduction of 12 t CO2eq/year and an estimated saving of 25 kUSD/year. It is concluded that the 18.4 kW system, belonging to the low-rate well, is the viable project, because it requires a lower investment, needs a smaller area, and has greater electrical integration.Lista de tablas y figuras 9 -- Introducción 13 –Antecedentes 14 -- Planteamiento del problema 18 -- Justificación 22 -- Alcance 23 -- Objetivos 25 – Metodología 26 -- Capítulo I. Escenarios de producción de hidrocarburos en la Orinoquia 28 -- Localización geográfica 28 -- Escenarios de producción de hidrocarburos 29 -- Áreas de extracción de hidrocarburos 31 -- Equipos de extracción de hidrocarburos 32 -- Sistema de Bombeo electro sumergible – BES 36 --Proyectos de generación con energía renovable 39 -- Nodo de estudio 40 -- Potencial de energía Solar 41 -- Potencial de energía eólica 43 -- Conclusiones sobre resultados objetivo 1 52 -- Capítulo II: Estudio del Sistema de Energía Renovable Híbrido Eólico Solar 53 -- Adquisición de datos 53 -- Datos meteorológicos 53 -- Consumos eléctricos 54 -- Resultados de simulación 55 -- Procesamiento de información 55 -- Dimensionamiento del SERHES 60 -- Generalidades del caso de estudio 61 -- Selección de pozos 61 -- Caracterización de la carga eléctrica 65 -- Conclusiones sobre resultados objetivo 2 68 -- Capítulo III: Dimensionamiento del Sistema Híbrido 70 -- Caso de estudio 1. Pozo de alta tasa Well-1 70 -- Requerimiento eléctrico 71 -- Dimensionamiento del sistema híbrido eólico solar 72 -- Dimensionamiento SERHES – 1 72 -- Evaluación económica 91 -- Simulación en HOMER 95 -- Caso de estudio 2. Pozo de baja tasa Well-4 98 -- Requerimiento eléctrico 99 -- Dimensionamiento del sistema híbrido eólico solar 100 -- Evaluación económica 116 -- Simulación en HOMER-LR 120 -- Análisis de beneficios del Caso de estudio 1: Well-1, Alta Tasa. 126 -- Análisis de beneficios del Caso de estudio 2: Well-4, Baja Tasa 129 -- Conclusiones sobre resultados objetivo 3 132 – Conclusiones 134 – Recomendaciones 136 – Referencias 137Magíster en Eficiencia Energética y Energía RenovableMaestría145 páginasapplication/pdfspaCorporación Universidad de la CostaDepartamento de energíaBarranquilla, ColombiaMaestría en Eficiencia Energética y Energía RenovableEstudio de viabilidad técnica y económica de un sistema híbrido eólico solar para la extracción de hidrocarburos en ColombiaTrabajo de grado - MaestríaTextinfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TMinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionColombiaÃ, H. Z., Wei, J., Wang, K., Wu, D., Al-Hasan, A. Y., Altermatt, P. 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Ocean Engineering, 129. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.10.042Sistema híbridoEnergías renovablesSimulación HOMEREvaluación técnicaEvaluación económicaExtracción de hidrocarburosHybrid systemRenewable energiesHOMER simulationTechnical evaluationEconomic evaluationHydrocarbon extractionPublicationORIGINALEstudio de viabilidad técnica y económica de un sistema híbrido eólico solar para la extracción de hidrocarburos en Colombia.pdfEstudio de viabilidad técnica y económica de un sistema híbrido eólico solar para la extracción de hidrocarburos en Colombia.pdfPDFapplication/pdf2104209https://repositorio.cuc.edu.co/bitstreams/4a2db109-2741-4c82-b75c-0518e47e9d2f/download52d27185c3453eb744e3788ded57792cMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-814828https://repositorio.cuc.edu.co/bitstreams/541daebb-06c8-4ab6-93ff-ea18d3efc4ab/download2f9959eaf5b71fae44bbf9ec84150c7aMD52TEXTEstudio de viabilidad técnica y económica de un sistema híbrido eólico solar para la extracción de hidrocarburos en Colombia.pdf.txtEstudio de viabilidad técnica y económica de un sistema híbrido eólico solar para la extracción de hidrocarburos en Colombia.pdf.txtExtracted texttext/plain197453https://repositorio.cuc.edu.co/bitstreams/0758c6fc-3555-4d86-a8a8-30a6837aa02c/download6e570c3bf6c02ab1f1f15ae5607a9062MD53THUMBNAILEstudio de viabilidad técnica y económica de un sistema híbrido eólico solar para la extracción de hidrocarburos en Colombia.pdf.jpgEstudio de viabilidad técnica y económica de un sistema híbrido eólico solar para la extracción de hidrocarburos en Colombia.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg6611https://repositorio.cuc.edu.co/bitstreams/7dda7e0a-a4b8-4024-a6d1-8c925097da19/download2d86b4185dbbcf706af7d5f0738d3b27MD5411323/10635oai:repositorio.cuc.edu.co:11323/106352024-09-17 14:14:37.092https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/open.accesshttps://repositorio.cuc.edu.coRepositorio de la Universidad de la Costa 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