Aplicacion Aerogeneradores Energia Minieolica Sectores Aislados

Aplicación de los aerogeneradores de energía minieólica en los sectores rurales aisaldos de la red eléctrica del Ecuador 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Introducción Energía minieól ica Aerogeneradores de baja potencia Tipos de conexión Fabricantes de miniaerogeneradores o de baja potencia Potencial eól ico del Ecuador Situación del sector rural e n e l Ecuador Conclusiones Referencias

Resumen—En este documento se expone las características, funcionamiento y ventajas que tiene el desarrollo de energía Minieólica en los sectores rurales aislados de la red eléctrica del Ecuador, como aporte para incentivar la inversión en proyectos que puedan aprovechar el potencial eólico del Ecuador para generar electricidad y mejorar la calidad de vida de las personas que viven en sectores aislados. Además se muestra en detalle el informe publicado por Asociación Mundial de la Energía Eólica (WWEA) sobre los aerogeneradores de baja potencia instalados en todo el mundo, sus principales fabricantes. Así como también se da a conocer la situación de sector rural en el Ecuador y los proyectos que se están realizando por el Ministerio de Electricidad y Energías Renovables (MEER) con la finalidad de disminuir el porcentaje de sectores rurales que no tiene acceso a la red eléctrica. Palabras clave—Energía Minieólica, Aerogeneradores de Baja Potencia, Conexión a Red de los Aerogeneradores, Conexión Caso Aislado de los Aerogeneradores, Potencial Eólico en el Ecuador. Abstrac—In this document there is exhibited the characteris- tics, functioning and advantages that offer the wind turbines of Smallwind energy for generation of electricity, like contribution to encourage the investment in projects that could make use of the wind potential of the Ecuador. Also there appears in detail the report published by World Association of the Wind power (WWEA) on the wind turbines of low potency installed in the whole world, its main manufacturers. As well as also there is announced the situation of rural sector in the Ecuador and the projects that are realized by the Department of Electricity and Renewable Energies (MEER) for the purpose of diminishing the percentage of rural sectors that has no access to the electrical network. Index Terms—Smallwind Energy, Wind Turbines of Low Po- tency, Connection to Network of the Wind Turbines, Connection Isolated Case of the Wind turbines, Wind Potential in the Ecuador.

Introducción La Asociación Mundial de la Energía Eólica (WWEA) organiza anualmente cumbres sobre energía Minieólica, en las que se presentan informes de avances en cuanto a la fabricación de aerogeneradores de baja potencia y el número de unidades que se han instalado en todo el mundo. Muchos países potencias mundiales están optando por la Energía

Minieólica. Un contraste distinto es el que se vive en Ecuador, debido a que no se está aprovechando este recurso. Si bien en el Ecuador está llevando a cabo un proceso de cambio de matriz energética, poca es la aplicación que se le da a la Minieólica. Al momento solamente se conocen proyectos sobre la energía eólica de alta potencia. En los estudios que se han venido realizando por el gobierno central para determinar el potencial eólico en el país, el resultado se ve evidenciado en el Atlas Eólico del Ecuador publicado por el Ministerio de Electricidad y Energías Renovables (MEER), donde se observan detalles como la velocidad del viento favorable para emprender proyectos de energía eólica. Anteriormente a la publicación del Atlas eólico de Ecuador solamente se conocían datos específicos de proyectos eólicos, como el del Parque Eólico Villonaco ubicado en la provincia de Loja con 16.5 MW generados al mes, otro proyecto destacable es el del Parque Eólico San Cristóbal en las Islas Galápagos con una potencia instalada de 2.4MW y el Baltra- Santa Cruz ubicado en las Islas Galápagos, el cual generara una potencia de 2.5 MW [1]. Pese a toda la inversión que está realizando el gobierno central y a los avances en cuanto a la generación de energía limpia y sustentable, aún persisten sectores rurales y urbanos aislados del sistema de red eléctrica. Por estas razones se debe estudiar el aporte que puede generar la Minieólica, que se caracteriza por utilizar aerogeneradores de baja potencia que son económicamente accesibles y fácil de transportar a sectores a los que no puede ingresar la red eléctrica.

Energía minieól ica La energía Minieólica se caracteriza por aprovechar el potencial eólico para generar electricidad a pequeñas esca- las utilizando aerogeneradores de potencias inferiores a los 100Kw [2]. La energía minieólica por sus características se la utiliza para cubrir la demanda de uno o varios hogares a los que no pueden acceder a la red eléctrica debido a su ubicación territorial [3]. En la actualidad ha crecido el promedio de instalaciones eólicas de pequeña potencia, sobre todo en países como Alemania, China, Estados Unidos y España [4].

La Minieólica cuenta con algunas ventajas: Permite suministrar electricidad en sectores rurales a los cuales no llegan las redes de distribución eléctrica [5]. Genera electricidad en los puntos de consumo mediante micro generación eólica, reduciendo de este modo las perdidas por transporte y distribución [6]. Pueden crearse sistemas híbridos en los que se combina la energía eólica con la fotovoltaica [6]. La inversión es baja, con facilidad de transporte y se requiere una instalación sencilla, por lo tanto es accesible para el usuario [7]. Funciona con vientos moderados, sin requerir complejos estudios de viabilidad [7]. Al generar energía limpia y sustentable ayuda a reducir el impacto ambiental [8]. Permite que sectores que no contaban con red eléctrica se integren y por lo tanto se genere un impacto social inocuo [8]. II-A. Posición de la Minieólica Alrededor del Mundo En la quinta Cumbre Mundial de la Minieólica que se llevó a cabo en Alemania, la Asociación Mundial de la Energía Eólica (WWEA) presentó el informe 2014 sobre el estudio, que hace referencia a los datos acumulados hasta el 31 de diciembre del 2012, donde se evidencia que el mercado mundial de la minieólica habría alcanzado al menos los 806.000 miniaerogeneradores, lo que equivale a un incremento del 10 % con respecto a los datos recogidos en el año 2011, cuando fueron registrados 730.000 aerogeneradores instalados [9]. Cabe mencionar que dicho informe no se incluyen los mercados indio e italiano, por lo que la WWEA estima que el número de miniaerogeneradores instalados actualmente se aproxima al millón a nivel mundial. En la Figura 1 se muestra cuáles son los principales países que están invirtiendo en la energía minieólica, destacan los países como China que ocupa el primer lugar con 570.000 aerogeneradores instalados, seguido por los Estados Unidos con 155.000 máquinas instaladas [10].

Figure 1. Principales Países que han invertido en Energía Minieólica [9]

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Aerogeneradores de baja potencia Un aerogenerador de baja potencia se caracteriza por gene- rar potencias menores a los 100 KW/h, pero al igual que los aerogeneradores de alta potencia necesitan la acción del viento para generar energía eléctrica [11]. Para que el aerogenerador empiece a funcionar necesita cumplir algunos requerimientos, como por ejemplo, que el viento sea el suficiente para que este se ponga en marcha, así como también que se debe colocar el aerogenerador a una distancia considerable del suelo, para ello se utiliza una torre como soporte. Para almacenar la electricidad generada por el aerogenerador se utilizan baterías y para la conexión a la red se coloca un convertidor de corriente continua a corriente alterna. Finalmente se debe pro- teger el aerogenerador contra vientos que generan velocidades extremas que podrían dañar la máquina [12]. En la Figura 2 se muestra un sistema pequeño de generación de energía eléctrica que cuenta un turbinas eólicas, rotor, cola, generador y una torre como soporte.

Figure 2. Sistema eólico con Aerogenerador de baja Potencia [13]

Tipos de conexión En muchos de los casos los miniaerogeneradores producen energía para el autoconsumo y el excedente se acumula en baterías y en otros casos toda la electricidad simplemente se dispersa en la red eléctrica, por ello es que se realiza la conexión a red y la conexión caso aislado [14]. IV-A. Conexión a Red La conexión a red no utiliza baterías para almacenar energía, esto debido a que la electricidad generada por el aerogenerador se dispersa en la red. El inversor se encarga de convertir a corriente alterna la corriente continua que sale del rectificador. En el caso de generar más potencia del valor permitido, el controlador rectificador desvía la energía excedente a unas re- sistencias de descarga, que a su vez hacen que el aerogenerador frene y por efecto Joule disipan la energía en forma de calor [14].

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Véase en la Figura 3 la conexión a red de una vivienda.

Figure 3. Conexión a Red de un Sistema Eólico Pequeño [15]

IV-B. Conexión Caso Aislado Para la conexión caso aislado en las que no existe la posibilidad de conexión a red, que es el caso de los sectores rurales donde no existe suministro de energía eléctrica, la mejor opción es un sistema hibrido en el cual se aprovecha la energía del viento con miniaerogeneradores y la energía solar a través de paneles solares. El aerogenerador genera electricidad alterna a un voltaje y frecuencia que varía en función del viento. Con el controlador convierte esta energía en corriente continua, a una tensión determinada por las baterías. Una vez almacenada la energía, ya está lista para convertirla a corriente alterna y por lo tanto lista para el consumo. Al igual que la conexión a red utiliza unas resistencias de descarga para la energía excedente. De la misma manera los paneles solares almacenan la energía generada por la radiación solar en las baterías, para luego ser convertida para el consumo [15]. Véase en la Figura 4 la conexión tipo caso aislado.

Figure 4. Conexión Caso Aislado de un Sistema Hibrido Pequeño [15]

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Fabricantes de miniaerogeneradores o de baja potencia La Asociación Mundial de la Energía Eólica (WWEA) informo que para finales del 2011 más de 330 fabricantes distribuidos en 40 países de todo el mundo están fabricando aerogenerador de pequeña potencia. Es importante mencionar que la mayoría de fabricantes se encuentran en países, como China, Estados Unidos, Alemania, Canadá y el Reino Unido. Destaca China con una capacidad de producción que cuantifica en más de 180.000 unidades por año. En la Figura 5 se muestra la distribución mundial de países fabricantes de mini aerogeneradores o de baja potencia en el año 2011 [16].

Figure 5. Distribución Mundial de Países Fabricantes de Miniaerogeneradores [16]

Potencial eól ico del Ecuador En el Atlas Eólico del Ecuador publicado por el Ministerio de Electricidad y Energías Renovables (MEER) se puede observar el potencial eólico que existe en todas las regiones del país, con detalles importantes, como la velocidad del viento a 30, 50 y 80 metros de la superficie terrestre, estos valores son un aporte importante para los proyectos de aprovechamiento energético eólico. En la Figura 6 se muestra en detalle el potencial eólico que existe en el Ecuador, los cuales son analizados como el inicio de futuros proyectos a realizarse, en este mapa se destacan, la provincia de Loja con 1511.26 Gwh/año, seguido por la provincia del Azuay con 506.07 GWh/año, E n tercer lugar y no menos importante esta la provincia del Oro con una capacidad de potencia de 232.22 GWh/año, Luego le sigue la provincia de Pichincha con 210.018 GWh/año [17].

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Figure 6. Potencial Eólico del Ecuador [17]

Situación del sector rural e n e l Ecuador

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Figure 7. Programa de Electrificación Rural en 5 pasos [18]

Donde los objetivos del proyecto de Electrificación Rural con Energías Renovables en Zonas Aisladas del Ecuador (Proyecto BID/GEF) son: Mejorar las capacidades de los actores locales en diseño, implementación, operación, mantenimiento y evaluación de sistemas [18]. Aumentar el acceso de la población a la electricidad en zonas rurales con Energía Renovable [18]. Diseminar resultados a nivel local y regional [18]. Aplicación de un modelo de gestión en las Empresa Eléctricas para asegurar la sostenibilidad de los proyectos de electrificación rural [19]. El proyecto incrementara el acceso a electricidad a sectores aislados a través de sistemas de generación de electricidad mediante energías renovables, como la energía solar fotovol- taica como principal generador de electricidad. Las provincias beneficiadas por este proyecto son las de la Región Amazónica Ecuatoriana, que comprende las provincias de Orellana, Napo, Pastaza, Sucumbíos, Morona Santiago y Zamora Chinchipe [20]. Según el Censo de la Población y Vivienda realizado en el año 2010 por el Instituto Nacional de Estadísticas y Censos, en cuanto se refiere a la electrificación el porcentaje total de viviendas con energía eléctrica alcanzo el 94.77 %, en el área Urbana, mientras que se registró tan solo un 89.03 % en el área Rural. En la mayoría de estos sectores marginales aislados de la red eléctrica se debe a que no resulta conveniente ni pertinente llegar con extensiones de red debido a razones de carácter técnico, económico y de impacto ambiental. En la actualidad este proyecto aún se está llevando a cabo con la financiación no reembolsable del gobierno central y del Fondo Mundial Ambiental-GEF, con una inversión de US$4.699.090 dólares americanos [18]. Debido a esta situación el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable (MEER) ha informado sobre de la creación del programa que consta de 5 pasos a seguir, como se muestra en la Figura 7.

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Conclusiones Los aerogeneradores de energía Minieólica pueden ser parte de la solución para los sectores que no cuentan con el acceso a la red eléctrica, todo depende de que el potencial eólico de cada sector sea suficiente para generar la energía electica necesaria para el consumo de hogares que no cuentan con el acceso a la red eléctrica. El Ecuador puede y debe apostar por estos pequeños siste- más de generación de energía eléctrica limpia y sustentable, que están siendo exitosos en otros países que han invertido y siguen invirtiendo en la generación de energía Minieólica. El Potencial eólico del Ecuador permite que la inversión en proyectos para generar energía Minieólica sea rentable y con menor impacto ambiental, sobre todo se beneficiaría ese porcentaje marginal de la población que viven en condiciones inhumanas al no contar con los servicios básicos necesarios para vivir dignamente.

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Referencias [1] G. Ollague-H. Crespo, “Estudio y evaluación de los parámetros de operación del proyecto eólico Villonaco de la provincia de Loja- Ecuador”, Tesis, Ingeniería Mecánica, UPS, Cuenca, Feb. 2014. [2] D. Cevallos, “Diseño y construcción de un prototipo de generador eólico para una potencia de 200 watts”, Tesis, Ingeniería Mecánica, Quito, Jun. 2013. [3] P. Roldán, “Evaluación de las energías renovables no convencionales factibles de desarrollarse en el Ecuador”, Proyecto fin de carrera, Ingeniería en Electrónica de Potencia, Esc. Politécnica Nacional, Quito, Sep. 2009. [4] I. Idi Amin, B. Helmuth, J. González, “La energía eólica en Alemania”, UPB, Vol. 4, pp. 49-60, Dic. 2008. [5] C. Gallardo, D. Andagoya, “Análisis de estabilidad angular del sistema eléctrico ecuatoriano con alta penetración eólica”, ESP, Vol. 33, Ene. 2014. [6] D. Andagoya, “Máxima capacidad de generación eólica a ser instalada en el sistema eléctrico ecuatoriano”, Tesis, Fac. Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Quito, Feb. 2014. [7] M. Dolores-E. Pérez, “Propuesta de una metodología para la implantación de parques eólicos offshore”, Tesis doctoral, E.T.S Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Univ. Politécnica de Madrid, Madrid, 2009. [8] J. Maldonado, O. Álvarez, T. Montaño, J. Solano, “Desarrollo de energías renovables a pequeña escala en los sectores rurales de la provincia de Loja”, ESPOL-RTE, Vol. 27, pp. 59-69, Oct. 2014. [9] M. McGovern , Informe Mundial sobre la Minieólica [en linea]. Aso- ciación Mundial de Energía Eólica (WWEA), Marz., 2012. Disponi- ble en: http://www.energias-renovables.com/articulo/i-wwea-publica-su- informe-mundial-sobre [consulta: 10 de Julio 2015] [10] Global Wind Energy Council, “Global Wind Statistics”, GWEC, Brus- sels, Belgium, 2013. [11] E. Vera, “Modelación de aerogeneradores en Digsilent Power Factory para análisis de transitorios electromecánicos”, Tesis, Fac. Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Quito, May., 2014. [12] Departamento de EnergíaO. López, A. Cueva, C Dopazo, F. Avia, J. Hernán, E. Pedrosa, C. Tierra, “La perspectiva de GAMESA eólica en la tecnología de aerogeneradores”, Generación Eléctrica con Energía Eólica, F. Fernández, L. González, Ed. Aso. Nacional de Ingenieros del ICAI, 2010, pp. 30-35., Guía de Sistemas eólicos pequeños para generación de electricidad, Wind Powering América, EE.UU., 2007 [13] Departamento de Energía, Guía de Sistemas eólicos pequeños para generación de electricidad, Wind Powering América, EE.UU., 2007 [14] W. Vásquez, “Modelación, simulación y control de aerogeneradores con generador de inducción doblemente alimentado utilizando Matlab”, Tesis, Fac. Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Quito, Mar., 2014. [15] Windspot, Aplicaciones de las Turbina Eólica Windspot [en linea]. SONKYO ENERGY, Julio. 2015. Disponible en: http://www.windspot.es/es/aplicaciones-energia-minieolica [consulta: 7 de Julio 2015] [16] Ministerio de Industria, Energía y Turismo, Guía sobre tecnología Minieólica, IDEA, España, 2012. [17] Ministerio de Electricidad y Energía Renovable del Ecuador, Atlas Eólico del Ecuador, Quito, Mar. 2013. [18] Ministerio de Electricidad y Energía Renovable del Ecuador, Electrifi- cación Rural con Energías Renovables en Zonas Aisladas del Ecuador- Proyecto BID/GEF, Quito, Mar. 2013. [19] J. Ochoa. “Criterios de evaluación y análisis de alternativas para el diseño de proyectos de electrificación rural con energía eólica y solar en países en desarrollo”, Maestría, Universidad de Barcelona, Barcelona, España, Dic. 2009. [20] E. Moreno, “Estudio del potencial eólico-eléctrico caso de estudio: Huacacocha-Loja”, Tesis, Fac. Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Quito, May., 2014.

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Autor: Danny L. Torres Simancas Nació en Yantzaza cantón perteneciente a la provincia de Zamora Chin chipe, Ecuador. Inicio sus estudios en la Escuela General Rumiñahui. La secundaria la curso en el Instituto Tecnológico Primero de Mayo. Actualmente cursa el quinto ciclo de la carrera en Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca.

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