Estudio para implementación de sistemas de generación fotovoltaica para el suministro energía eléctrica en estaciones de Metrolínea

Este trabajo contempla el estudio de viabilidad de la implementación de sistemas solares fotovoltaicos, para cubrir parte o totalidad de la demanda de las estaciones troncales de la empresa de transporte de servicio público, METROLÍNEA S.A. Siguiendo los lineamientos y regulación asignados en la Res...

Full description

Autores:
Flórez Vargas, Pablo Daniel
Mendoza Valbuena, Carlos Javier
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/7256
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/7256
Palabra clave:
Energy engineering
Technological innovations
Energy
Feasibility
Technical-financial study
Small-scale self-generation
Resolution 030 of 2018
Power supply
Energetic resources
Solar cells
Ingeniería en energía
Innovaciones tecnológicas
Energía
Abastecimiento de energía
Recursos energéticos
Células solares
Viabilidad
Estudio técnico-financiero
Autogeneración a pequeña escala
Resolución 030 de 2018
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description Este trabajo contempla el estudio de viabilidad de la implementación de sistemas solares fotovoltaicos, para cubrir parte o totalidad de la demanda de las estaciones troncales de la empresa de transporte de servicio público, METROLÍNEA S.A. Siguiendo los lineamientos y regulación asignados en la Resolución CREG 030 del 2018. La caracterización de la demanda de las estaciones se define a partir de un estudio, en el cual se identificó el inventario de equipos que se encuentran instalados en las estaciones de transporte, de acuerdo a su potencia y horas de uso se calcularon los perfiles de carga. Se tomó la medición de los contadores para validar la caracterización de equipos realizada, contrastando la demanda energética mensual emitida por factura del comercializador. La estación de Provenza significo un caso especial, ya que cuenta con un edificio operativo de oficinas, se realizó la curva característica de su demanda mediante la toma de la medición del contador de manera horaria. Se plantean los escenarios en sistemas aislados y conectados a la red, desde el punto de vista técnico-financiero, a fin de aportar un dictamen de viabilidad. En los sistemas conectados a red se estudiaron los escenarios de autoconsumo y balance. En el estudio técnico se evalúa la cantidad del recurso solar con la que se cuenta diariamente a lo largo del año (HSP), así como las posibles pérdidas representadas mediante un índice de rendimiento (PR), a partir del establecimiento de las potencias instaladas de generación para cada una de las estaciones. En el estudio costos se caracteriza la viabilidad de implementación de estos sistemas en distintos escenarios, para 4 estaciones tipo representativas mediante el cálculo del VPN, TIR y periodo de recuperación, teniendo como punto de partida la información técnica en términos de potencia instalada y generación de energía. Por último, se evalúan los resultados obtenidos de estos dos estudios, con el fin de determinar la viabilidad de la implementación de las instalaciones fotovoltaicas en cada una de las estaciones tipo. Se determina la viabilidad de implementación en 4 estaciones tipo, de lo cual es hallado que, al tener un factor de pérdidas por sombras del 0% y una disponibilidad de red para cubrir una parte de la demanda. Según el análisis de costos hecho, se encontró que la estación de mayor consumo (Provenza Oriente – Occidente) es viable implementar sistemas fotovoltaicos, ya que el total de energía que se genera, se va consumiendo, la TIR de esta estación es de 14,04% y su tiempo de recuperación de la inversión es de 8 años.
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Figura 2: FUERTES, Mikel” ¿Puedo poner un panel solar en mi casa? Situación legal de la energía fotovoltaica” {En línea}. {13 de octubre del 2016} Disponible en: (http://www.extremaduraprogresista.com/deportes/45-ciencia-y-tecnologia/23366ipuedo-poner-un-panel-solar-en-mi-casa-situacion-legal-de-la-energia-fotovoltaica)
Figura 3: INGEMECANICA “Instalación Solar Fotovoltaica para Vivienda” {En línea}. Disponible en: (https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn192.html)
Figura 4: GALLEGO, Manu “AUTOCONSUMO Y BALANCE NETO, O COMO PONER PUERTAS AL CAMPO.” {En línea}. {4 de junio de 2013} Disponible en: http://maga-atc.blogspot.com/2013/06/autoconsumo-y-balance-neto-o-comoponer.html
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Siguiendo los lineamientos y regulación asignados en la Resolución CREG 030 del 2018. La caracterización de la demanda de las estaciones se define a partir de un estudio, en el cual se identificó el inventario de equipos que se encuentran instalados en las estaciones de transporte, de acuerdo a su potencia y horas de uso se calcularon los perfiles de carga. Se tomó la medición de los contadores para validar la caracterización de equipos realizada, contrastando la demanda energética mensual emitida por factura del comercializador. La estación de Provenza significo un caso especial, ya que cuenta con un edificio operativo de oficinas, se realizó la curva característica de su demanda mediante la toma de la medición del contador de manera horaria. Se plantean los escenarios en sistemas aislados y conectados a la red, desde el punto de vista técnico-financiero, a fin de aportar un dictamen de viabilidad. En los sistemas conectados a red se estudiaron los escenarios de autoconsumo y balance. En el estudio técnico se evalúa la cantidad del recurso solar con la que se cuenta diariamente a lo largo del año (HSP), así como las posibles pérdidas representadas mediante un índice de rendimiento (PR), a partir del establecimiento de las potencias instaladas de generación para cada una de las estaciones. En el estudio costos se caracteriza la viabilidad de implementación de estos sistemas en distintos escenarios, para 4 estaciones tipo representativas mediante el cálculo del VPN, TIR y periodo de recuperación, teniendo como punto de partida la información técnica en términos de potencia instalada y generación de energía. Por último, se evalúan los resultados obtenidos de estos dos estudios, con el fin de determinar la viabilidad de la implementación de las instalaciones fotovoltaicas en cada una de las estaciones tipo. Se determina la viabilidad de implementación en 4 estaciones tipo, de lo cual es hallado que, al tener un factor de pérdidas por sombras del 0% y una disponibilidad de red para cubrir una parte de la demanda. Según el análisis de costos hecho, se encontró que la estación de mayor consumo (Provenza Oriente – Occidente) es viable implementar sistemas fotovoltaicos, ya que el total de energía que se genera, se va consumiendo, la TIR de esta estación es de 14,04% y su tiempo de recuperación de la inversión es de 8 años.LISTA DE TABLAS ................................................................................................. 9 LISTA DE GRÁFICAS ........................................................................................... 11 LISTA DE ILUSTRACIONES ................................................................................ 12 LISTA DE ECUACIONES ...................................................................................... 13 LISTA DE ANEXOS .............................................................................................. 14 GLOSARIO ............................................................................................................ 16 1. MARCO REFERENCIAL ............................................................................. 21 1.1. RESOLUCIÓN No. 030 DE 2018 ............................................................. 21 1.2. INCENTIVOS TRIBUTARIOS DE LA LEY 1715 DE 2014 ....................... 23 1.2.1. Deducción del valor a pagar sobre impuesto sobre la renta: ............. 23 1.2.2. Depreciación acelerada ...................................................................... 23 1.2.3. Exclusión de y servicios del IVA ......................................................... 24 1.2.4. Exención de gravámenes arancelarios .............................................. 24 1.3. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 2050 – NTC2050.............................. 24 1.4. DIMENSIONADO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ............................. 25 1.4.1. Horas de sol pico (HSP) ..................................................................... 26 1.4.2. Dimensionado de sistemas fotovoltaicos aislados ............................. 26 1.4.3. Dimensionado de un sistema fotovoltaico grid tied ............................ 32 1.4.4. Coeficiente de rendimiento (performance ratio) ................................. 33 1.4.5. Pérdidas por factores medioambientales ........................................... 34 1.4.6. Pérdidas por factores técnicos ........................................................... 37 1.4.7. PVsyst ................................................................................................ 38 1.4.8. Separación entre paneles .................................................................. 38 COSTOS ASOCIADOS ...................................................................................... 39 1.4.9. Monto de la inversión ......................................................................... 39 1.4.10. Criterios de bondad financiera ........................................................ 39 1.5. ESTADO DEL ARTE ................................................................................ 40 2. OBJETIVO GENERAL ................................................................................ 42 2.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS ....................................................................... 42 2.1.1. Caracterizar los posibles consumos de energía en las estaciones de Metrolínea. ....................................................................................................... 42 2.1.2. Dimensionar los sistemas y área disponible en los techos de las estaciones de Metrolínea para la instalación de los paneles de acuerdo a geometría y porcentaje de energía a suplir. .................................................... 42 2.1.3. Determinar de la alternativa más viable a implementar (grid-tied u offgrid) según las características de cada estación. ............................................ 42 2.1.4. Evaluar la producción potencial de energía solar disponible en la zona con el fin de determinar los costos asociados al proyecto. .............................. 42 3. METODOLOGÍA .......................................................................................... 42 3.1. DETERMINACIÓN Y RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN BASE ... 43 3.2. PARÁMETROS TECNICOS Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS GRID TIED O OFF GRID ................................................................ 43 3.3. TERCERA ETAPA: DIMENSIONAMIENTO ELÉCTRICO DE ESTACIONES TIPO ........................................................................................... 44 3.4. CUARTA ETAPA: COSTOS ASOCIADOS AL PROYECTO ................... 44 3.5. QUINTA ETAPA: RESULTADOS DEL ESTUDIO TECNICO REALIZADO 44 4. DETERMINACIÓN Y RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN BASE ...... 44 4.1. RECONOCIMIENTO FÍSICO DE LAS ESTACIONES ............................. 44 4.2. CARACTERIZACIÓN DE LA DEMANDA ................................................ 45 4.3. AREA DISPONIBLE EN ESTACIONES DE SISTEMA ............................ 51 4.4. RECOPILACIÓN DE DATOS METEOROLÓGICOS ............................... 52 5. PARÁMETROS TÉCNICOS Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS 53 5.1. CARACTERIZACIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE SISTEMAS AISLADOS ......................................................................................................... 53 5.2. CARACTERIZACIÓN DE LOS ESCENARIOS DE CONEXIÓN A RED .. 56 5.2.1. Límite de conexión a transformadores ............................................... 58 5.2.2. Selección de escenarios de AGPE para el estudio ............................ 58 5.2.3. Análisis de tecnologías fotovoltaicas para el estudio ......................... 59 5.2.4. Dimensionamiento de los sistemas fotovoltaicos conectados a red en Pvsyst 60 5.2.6. Selección y descarte de estaciones tipo. ........................................... 76 6. DIMENSIONAMIENTO ELÉCTRICO DE ESTACIONES TIPO ................... 78 6.1. PASOS PARA EL DIMENSIONADO DEL CABLEADO Y PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTE ......................................................................... 78 7. COSTOS ASOCIADOS AL PROYECTO .................................................... 81 7.1. COSTOS ASOCIADOS PARA SISTEMA CONECTADO A LA RED ...... 83 7.2. COSTOS ASOCIADOS PARA SISTEMAS AISLADOS .......................... 87 7.3. COSTOS ASOCIADOS PARA AUTOCONSUMO ................................... 90 8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 93 8.1. CONCLUSIONES ..................................................................................... 93 8.2 RECOMENDACIONES ................................................................................ 94 9. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................... 95 10. ANEXOS ...................................................................................................... 99PregradoThis work includes the feasibility study of the implementation of photovoltaic solar systems, to cover part or all of the demand of the trunk stations of the public service transport company, METROLÍNEA S.A. Following the guidelines and regulation assigned in CREG Resolution 030 of 2018. The characterization of the demand of the stations is defined from a study, in which the inventory of equipment that is installed in the transport stations was identified, of According to its power and hours of use, the load profiles were calculated. The measurement of the meters was taken to validate the characterization of the equipment carried out, contrasting the monthly energy demand issued by the marketer's invoice. The Provence station was a special case, since it has an operational office building, the characteristic curve of its demand was made by taking the meter measurement on an hourly basis. The scenarios are raised in isolated systems and connected to the network, from the technical-financial point of view, in order to provide a feasibility opinion. In the systems connected to the network, the self-consumption and balance scenarios were studied. The technical study evaluates the amount of solar resource that is available daily throughout the year (HSP), as well as the possible losses represented by a performance index (PR), based on the establishment of the installed powers of generation for each of the stations. The cost study characterizes the feasibility of implementing these systems in different scenarios, for 4 representative type stations by calculating the NPV, IRR and recovery period, taking as a starting point the technical information in terms of installed power and generation of Energy. Finally, the results obtained from these two studies are evaluated in order to determine the feasibility of the implementation of photovoltaic installations in each of the type stations. The feasibility of implementation in 4 standard stations is determined, of which it is found that, having a shadow loss factor of 0% and a network availability to cover a part of the demand. According to the cost analysis made, it was found that the station with the highest consumption (East - West Provence) is viable to implement photovoltaic systems, since the total energy that is generated is consumed, the IRR of this station is 14, 04% and its payback time is 8 years.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaEstudio para implementación de sistemas de generación fotovoltaica para el suministro energía eléctrica en estaciones de MetrolíneaStudy for the implementation of photovoltaic generation systems for the supply of electricity in Metrolínea stationsIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyFeasibilityTechnical-financial studySmall-scale self-generationResolution 030 of 2018Power supplyEnergetic resourcesSolar cellsIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaAbastecimiento de energíaRecursos energéticosCélulas solaresViabilidadEstudio técnico-financieroAutogeneración a pequeña escalaResolución 030 de 2018[1] Integración de las energías renovables no convencionales UPME, 2015[2] COMISION DE REGULACION DE ENERGIA Y GAS. 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Disponible en http://www.essa.com.co/site/clientes/eses/nuestrosproductosyservicios/autogenera dores.aspxFigura 2: FUERTES, Mikel” ¿Puedo poner un panel solar en mi casa? Situación legal de la energía fotovoltaica” {En línea}. {13 de octubre del 2016} Disponible en: (http://www.extremaduraprogresista.com/deportes/45-ciencia-y-tecnologia/23366ipuedo-poner-un-panel-solar-en-mi-casa-situacion-legal-de-la-energia-fotovoltaica)Figura 3: INGEMECANICA “Instalación Solar Fotovoltaica para Vivienda” {En línea}. 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