Tesis Energia Eolica Ing Ignacio Sagardoy

Análisis de Ciclo de Vida Aerogenerador IVS 4500 

Ignacio Sagardoy

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Análisis de Ciclo de Vida Aerogenerador IVS 4500 

Ignacio Sagardoy

"El mundo al revés nos enseña a padecer la realidad en lugar de cambiarla, a olvidar el pasado en lugar de escucharlo y a aceptar el futuro en lugar de imaginarlo (…). Pero esta visto que no hay desgracia sin gracia, ni cara que no tenga su contracara, ni desaliento que no busque su aliento. Ni tampoco hay escuela que no encuentre su contraescuela". Eduardo Galeano. Patas Arriba, la escuela del mundo al revés. re vés.

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Análisis de Ciclo de Vida Aerogenerador IVS 4500 

Ignacio Sagardoy

"El mundo al revés nos enseña a padecer la realidad en lugar de cambiarla, a olvidar el pasado en lugar de escucharlo y a aceptar el futuro en lugar de imaginarlo (…). Pero esta visto que no hay desgracia sin gracia, ni cara que no tenga su contracara, ni desaliento que no busque su aliento. Ni tampoco hay escuela que no encuentre su contraescuela". Eduardo Galeano. Patas Arriba, la escuela del mundo al revés. re vés.

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Análisis de Ciclo de Vida Aerogenerador IVS 4500 

Ignacio Sagardoy

Aerogenerador IVS 4500 en 4500 en funcionamiento en la estepa santacruceña. Fotografía: Ignacio Sagardoy. Sagard oy.

San Carlos de Bariloche, abril de 2012 Trabajo Final de la carrera Ingeniería Ambiental Pontificia Universidad Católica Argentina Santa María de los Buenos Aires Autor: Ignacio Sagardoy Tutores: Ing. Néstor Názer e Ing. Sebastián Gortari

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Análisis de Ciclo de Vida Aerogenerador IVS 4500 

Ignacio Sagardoy

Prefacio

Este trabajo, el último para obtener el título de Ingeniero Ambiental, fue concebido sobre un colectivo circulando por las calles porteñas mientras trabajaba en el grupo de investigación Aerogeneradores UCA. La pasión por el desarrollo de fuentes de energías renovables se encontró con una búsqueda personal de coherencia e interés genuino por el cuidado del medio ambiente, donde el mejor aporte que pudiera hacer para defender una opción fuera analizarla críticamente, a riesgo de encontrarme equivocado. Antes siquiera de imaginar cual sería finalmente el tema de este trabajo, ya me encontraba seguro de que el mismo debería ser aplicado a la realidad, y con el objeto de intentar transformarla para mejor. Por otro lado, también deseaba que la beneficiaria de este trabajo pudiera ser, en términos generales, la sociedad entera. Esto último me motivó a pensar como objeto del estudio al aerogenerador IVS 4500 fabricado por INVAP Ingeniería S.A., empresa de desarrollo de tecnología nacional, cuyo objeto de existencia no es el lucro privado de unos pocos ya que la misma es propiedad del Estado. La búsqueda del desarrollo o el progreso , a su vez, puede y debe ser orientada de manera que sea alcanzada de forma armónica con el medio ambiente, intentando evitar los errores que han cometido otras sociedades tecnológica y económicamente desarrolladas, e incluso cuestionando dicho modelo de desarrollo. Estamos atravesando un momento de la historia argentina, donde el contexto político y económico ha comenzado a recomponer, de a poco, la trama y la cultura industrial local, luego de décadas de destrucción del aparato productivo nacional. Esto tiene implicancias que van más allá de la generación de fuentes de trabajo, ya que a través del desarrollo industrial local se pone en marcha un proceso creativo del que participa en cierta medida la sociedad entera. La búsqueda de soluciones tecnológicas para las necesidades locales implica una mirada introspectiva, una evaluación de lo que somos y lo que queremos ser, implica un cambio de paradigma en momentos donde la creación de valor pareciera haberse alejado de las manos y de las almas de las personas. Implica, o al menos es mi deseo, la producción con un signif icado que trascienda el mero hecho de consumir. Estos son las ideas que me motivaron a encarar este trabajo. Y éste es mi humilde aporte hacia la consecución de lo que considero debe ser una sociedad sustentable y sostenible.

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Ignacio Sagardoy

Resumen

El presente trabajo consta de un análisis del balance energético del aerogenerador IVS 4500  fabricado por INVAP Ingeniería S.A. en la ciudad de Neuquén, mediante la utilización del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) como metodología. En otras palabras, se realizó una comparación entre la energía que se consume para fabricar y utilizar un sistema de aprovechamiento eólico, con la que dicho sistema entrega a lo largo de su vida útil. Para llevar adelante esta tarea se realizó un Inventario de Ciclo de Vida, el cual requirió una visita a la fábrica y posteriores intercambios de información con el fin de recabar suficiente y acabada información sobre los materiales y componentes que forman parte de la máquina y la instalación. Del mismo modo se inventariaron los procesos que se realizan para fabricar, instalar, mantener y desmantelar el sistema. Se establecieron los límites y escenarios del estudio buscando reflejar la realidad, por lo que no se incluyó la última fase del Ciclo de Vida (desinstalación) dado su nivel de incertidumbre. Fue incluido, sin embargo, en los análisis de sensibilidad desarrollados. También es necesario mencionar que el estudio no incluyó el análisis de sistemas de almacenamiento de energía (p.e. bancos de baterías), por diversos motivos que son fundamentados en el alcance del trabajo. Los resultados del inventario fueron a su vez traducidos en energía mediante un análisis mixto que incluyó por un lado la utilización de datos bibliográficos para la energía de transporte y de algunos procesos dentro de la órbita de INVAP Ingeniería S.A. Para el cálculo de la energía para producir los materiales primarios (metales, plásticos, etc.) se utilizó un software específico para ACVs que cuenta con una amplia base de datos de procesos específicos que incluyen, a su vez, la cadena de energía desde la extracción de recursos naturales. Por otro lado, se estimó la producción eléctrica del aerogenerador para unas condiciones determinadas de viento representativa de instalaciones que se realizan para generación eólica y se incluyeron pérdidas típicas por transporte y regulación eléctrica. También fueron contemplados tiempos en los cuales el sistema no se encuentra funcionando por paradas regulares para mantenimiento o por desperfectos que pueda sufrir a lo largo de los 20 años de vida útil, de modo de obtener valores representativos de una instalación real. Mediante la utilización de indicadores energéticos, y los cálculos de la energía consumida y generada se obtuvieron resultados que dan cuenta de la sostenibilidad energética de este tipo de producción eléctrica. En términos comparativos, se observó que la energía producida a lo largo de la vida útil de la máquina equivale a más de 9 veces la energía invertida. Por otro lado, puede estimarse en 2,2 años el tiempo en que el sistema retorna la energía que se consume durante las distintas etapas del Ciclo de Vida. Finalmente, se condujeron análisis de sensibilidad respecto de variables consideradas clave, los cuales mostraron la fuerte influencia en los indicadores energéticos que tiene la velocidad del viento en el sitio de instalación y también el tipo de transporte utilizado para los distintos traslados. Otras variables como la vida útil del sistema y el desmantelamiento de la instalación (con recupero energético mediante reciclado de material) resultaron poseer menor influencia en los resultados globales del estudio. En todos los casos, incluso en los escenarios menos favorables, el balance energético del sistema dio ampliamente positivo.

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Análisis de Ciclo de Vida Aerogenerador IVS 4500 

Ignacio Sagardoy

Indice Prefacio …......................................................................................................................

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Resumen .......................................................................................................................

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1. Introducción ...............................................................................................................

1

2. Meta del estudio ….....................................................................................................

3

3. Alcance del estudio …................................................................................................

4

3.1 La Función ..........................................................................................................

5

3.2 La Unidad Funcional ...........................................................................................

5

3.3 Componentes y límites del sistema ....................................................................

6

3.3.1 Etapas del Ciclo de Vida .............................................................................

7

3.3.1.1 Fabricación ..........................................................................................

8

3.3.1.2 Instalación ...........................................................................................

9

3.3.1.3 Mantenimiento y operación .................................................................

10

3.3.1.4 Desinstalación y fin de la vida útil .......................................................

10

3.3.2 Cobertura tecnológica .................................................................................

10

3.3.3. Cobertura temporal y geográfica ................................................................

11

3.3.4 Recolección de datos e integridad de la información …..............................

11

3.4 Criterios para determinar los límites del análisis ….............................................

13

3.5 Supuestos ...........................................................................................................

13

3.5.1 Vida útil del aerogenerador y componentes del sistema ….........................

13

3.5.2 Producción energética ................................................................................

13

3.5.3 Entrada de materiales .................................................................................

14

3.5.4 Características de la instalación y mantenimiento …..................................

14

3.5.5 Tratamiento de los materiales al fin de la vida útil …...................................

15

3.5.6 Componentes electrónicos ..........................................................................

15

3.5.7 Transporte ...................................................................................................

15

3.5.8 Desperdicios de material en el proceso de fabricación …...........................

17

3.6 Asignaciones .......................................................................................................

18

3.7 Análisis de sensibilidad .......................................................................................

18

3.8 Análisis de inventario y modelos usados para los análisis …..............................

19

3.9 Categorías de impacto utilizadas …....................................................................

19

3.10 Revisión crítica ..................................................................................................

20

4. Inventario de materiales y procesos ...........................................................................

21

4.1 Inventario de materiales ......................................................................................

21

4.1.1 Rotor eólico .................................................................................................

24

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4.1.2 Generador ...................................................................................................

24

4.1.3 Pieza soporte ..............................................................................................

24

4.1.4 Orientación y control ...................................................................................

25

4.1.5 Torre ............................................................................................................

25

4.1.6 Sistema eléctrico .........................................................................................

26

4.1.7 Electrónica ..................................................................................................

26

4.1.8 Otros insumos y mantenimiento .................................................................

27

4.2 Inventario de procesos .......................................................................................

27

4.2.1 Procesos primarios .....................................................................................

27

4.2.2 Procesos secundarios o dentro del alcance de INVAP Ingeniería S.A. …..

29

5. Análisis de impacto .....................................................................................................

30

5.1 Resultados absolutos .........................................................................................

30

5.2 Resultados relativos a la Unidad Funcional .......................................................

32

6. Balance energético ....................................................................................................

35

7. Análisis de sensibilidad ..............................................................................................

37

7.1 Vida útil del aerogenerador ................................................................................

37

7.1.1 Disminución de la vida útil del aerogenerador …........................................

37

7.1.2 Incremento de la vida útil del aerogenerador ….........................................

37

7.2 Escenarios de viento ..........................................................................................

38

7.3 Variaciones en distancias y transporte ...............................................................

39

7.3.1 Modificación en la distancia total al sitio de instalación …..........................

40

7.3.2 Modificación en las distancias recorridas por tipo de transporte …............

40

7.3.3 Modificación en la rutina de mantenimiento …...........................................

41

7.4 Fin de vida útil – Reciclado ................................................................................

41

8 Interpretación y conclusiones .....................................................................................

43

Anexo A. Descripción general de los componentes del aerogenerador …....................

45

A.1 Rotor Eólico ........................................................................................................

46

A.2 Generador ..........................................................................................................

46

A.3 Orientación y control ..........................................................................................

46

A.4 Electrónica .........................................................................................................

47

A.5 Sistema eléctrico ................................................................................................

47

A.6 Pieza soporte .....................................................................................................

47

Anexo B. Producción energética ...................................................................................

48

Anexo C. Modelo de transporte .....................................................................................

53

C.1 Energía específica para el transporte ................................................................

54

C.2 Transporte de aerogenerador y torre .................................................................

54

C.2.1 Transporte entre Buenos Aires y Neuquén …............................................

54

C.2.2 Transporte entre Neuquén y agente distribuidor …....................................

55

C.2.3 Transporte entre agente distribuidor y sitio de instalación ….....................

55

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C.3 Transporte de los elementos para el hormigón …..............................................

55

C.4 Transporte de personal ......................................................................................

56

Anexo D. Software utilizado …......................................................................................

57

D.1 HOMER  ….........................................................................................................

57

D.2 GaBi …..............................................................................................................

58

Bibliografía .....................................................................................................................

59

Índice de tablas Tabla 1. Producción de energía estimada, disponible para su utilización según lo establecido en la definición de Unidad Funcional. …....................................... Tabla 2. Cuadro de distancias y características de transporte consideradas en el ACV. ................................................................................................................

14 17

Tabla 3. Resumen de pesos por componente del sistema. ..........................................

21

Tabla 4. Resumen de pesos por material. ....................................................................

22

Tabla 5. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Rotor eólico. ….................

24

Tabla 6. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Generador. …...................

24

Tabla 7. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Pieza soporte. …..............

25

Tabla 8. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Orientación y control. …...

25

Tabla 9. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Torre. …............................

25

Tabla 10. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Sistema eléctrico. ….......

26

Tabla 11. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Electrónica. ….................

26

Tabla 12. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Otros insumos y mantenimiento. ..............................................................................................

27

Tabla 13. Inventario de máquinas para producción de aerogeneradores incluidas en el análisis. ......................................................................................................

29

Tabla 14. Energía para la fabricación de los materiales que forman parte de los componentes del sistema. .............................................................................

30

Tabla 15. Energía por fase del Ciclo de Vida. ...............................................................

31

Tabla 16. Energía para la fabricación de los componentes del sistema expresada en términos relativos respecto de la Unidad Funcional. …............................

32

Tabla 17. Energía por fase del Ciclo de Vida expresada en términos relativos respecto de la Unidad Funcional. ..................................................................

34

Tabla 18. Energía producida anualmente por el sistema, disponible para su utilización. ......................................................................................................

38

Tabla 19. Indicadores de desempeño energético para distintos escenarios de viento. ............................................................................................................

38

Tabla 20. Indicadores de desempeño energético para distintos escenarios de distancia entre la fábrica de aerogeneradores y el sitio de instalación. …..... Tabla 21. Indicadores de desempeño energético para distintos escenarios de distancia entre el centro de distribución y el sitio de instalación del aerogenerador. .............................................................................................. viii

40

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Tabla 22. Indicadores de desempeño energético para distintos escenarios de mantenimiento de instalaciones. ...................................................................

41

Tabla 23. Recupero de energía por reciclaje al fin de la vida útil del sistema. …..........

42

Tabla 24. Consumo de energía para traslado de aerogenerador y torre para reciclado. .......................................................................................................

42

Tabla 25. Caracterización de aerogeneradores en función de la velocidad de viento. ..

49

Tabla 26. Sitios utilizados para el cálculo estimado de producción energética. ….........

49

Tabla 27. Estimación de la producción energética realizada con el software HOMER para un sitio con una velocidad media anual de 7,55 m/s, a 1.041 m.s.n.m. y constantes de Weibull k=1,85 y =8,06. …............................

50

Tabla 28. Energía para el transporte de los materiales para producir el aerogenerador y la torre. ...............................................................................

55

Tabla 29. Energía para el transporte del aerogenerador y la torre. …...........................

55

Tabla 30. Energía para el transporte del aerogenerador y la torre. …...........................

55

Tabla 31. Energía para el transporte del cemento para el hormigón. …........................

56

Tabla 32. Energía para el transporte del cemento, arena y grava para el hormigón. …

56

Tabla 33. Energía para el transporte del personal. ........................................................

56

Índice de imágenes Imagen 1. Alcance del Análisis de Ciclo de Vida. …......................................................

4

Imagen 2. Curva de potencia aerogenerador IVS 4500 . …...........................................

5

Imagen 3. Límite del sistema físico en estudio. ............................................................

6

Imagen 4. Etapas del Ciclo de Vida. .............................................................................

7

Imagen 5. Procesos para la producción de los materiales necesarios para la fabricación de los componentes del aerogenerador …................................

9

Imagen 6. Radio aproximado cubierto por una distancia de 1500 km en rutas y caminos. .......................................................................................................

16

Imagen 7. Porcentajes de pesos por componentes. ….................................................

22

Imagen 8. Porcentajes de pesos por componentes sin incluir grava, arena y agua. …

23

Imagen 9. Porcentajes de pesos por principales materiales. …....................................

23

Imagen 10. Porcentajes de pesos por principales materiales sin incluir grava, arena y agua. ..........................................................................................................

23

Imagen 11. Energía para fabricar los materiales que forman parte de los componentes del sistema. ................................................................................................

31

Imagen 12. Energía por fase del Ciclo de Vida. ............................................................

32

Imagen 13. Energía para la fabricación de los componentes del sistema expresada en términos relativos respecto de la Unidad Funcional. …........................

33

Imagen 14. Energía por fase del Ciclo de Vida expresada en términos relativos respecto de la Unidad Funcional. ..............................................................

33

Imagen 15. Esquema ilustrativo de los componentes del aerogenerador. …...............

45

Imagen 16. Modelo de transporte del Análisis del Ciclo de Vida. ….............................

53

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Índice de ecuaciones Ecuación 1. Tiempo de Retorno de Energía, expresado en años. …............................

35

Ecuación 2. Tiempo de Retorno de Energía Primaria, expresado en años. ….............

36

Ecuación 3. Factor de Rendimiento Energético. ….......................................................

36

Ecuación 4. Potencia captada de la energía del viento. …...........................................

48

Ecuación 5. Pérdida de potencia en conductores por transmisión de corriente. …......

51

Ecuación 6. Resistencia Ohmica de un conductor. …...................................................

51

Ecuación 7. Producción neta de energía durante la vida útil del aerogenerador. ….....

51

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1. Introducción

Con el auge que han experimentado durante las últimas décadas las energías alternativas en general, y la eólica en particular, han surgido diversos debates acerca de sus beneficios y los impactos ambientales que se generan con su uso. La construcción y utilización de aerogeneradores para la producción eléctrica traen aparejados -como prácticamente toda actividad humana lo hace- impactos negativos sobre el medio ambiente. Estos últimos deben ser identif icados y estudiados para ser eliminados o minimizados. Los mayores beneficios obtenidos por el uso de la energía eólica radican en las bajas emisiones contaminantes asociadas y el uso de un recurso renovable durante su funcionamiento, mientras se transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica. Sin embargo, como toda máquina, los aerogeneradores precisan de materiales y energía para su construcción, y en ese aspecto es en donde se han dirigido algunas de las críticas de los detractores de este tipo de conversión energética. Durante mucho tiempo se ha cuestionado la sostenibilidad del aprovechamiento de la energía eólica mediante el uso de aerogeneradores argumentando que la energía consumida para la fabricación de dichas máquinas es superior a la entregada posteriormente durante su funcionamiento. En otras palabras, si se aceptara como verdadera esta afirmación, la utilización moderna de esta fuente renovable de energía implicaría un balance objetable en términos de impactos ambientales, siendo aconsejable su uso sólo en ciertas circunstancias (por ejemplo, la existencia de un excelente recurso eólico sobre otras fuentes de energía renovables o un contexto claramente desfavorable para la utilización de motores de combustión interna para obtención de electricidad). En la última década se han realizado importantes estudios sobre los impactos ambientales de aerogeneradores de alta potencia, conducidos muchos de ellos mediante metodologías de Análisis de Ciclo de Vida (ACV). Estos estudios llevaron a la identificación de muchos aspectos negativos en la fabricación y operación de aerogeneradores, algunos de los cuales se han logrado mejorar y otros continúan bajo estudio. Asimismo, estudios 1 de turbinas eólicas comercializadas en la actualidad han refutado el argumento de la no sostenibilidad energética, llegando algunos resultados a mostrar que en aproximadamente ocho meses de funcionamiento las máquinas generan la energía consumida durante su fabricación. Ese tipo de estudios fueron realizados, en su gran mayoría, por fabricantes de turbinas eólicas de alta potencia dado que las críticas iban dirigidas principalmente a ellos y, considerando el importante crecimiento que experimentó el mercado eólico a nivel mundial, contaban con sobrados recursos económicos como para afrontar los costos que implican. Por otro lado, la energía eólica de baja potencia, pese a ser utilizada comercialmente desde comienzos del siglo XX, no ha generado los recursos o intereses suficientes como para que sean estudiados en profundidad sus impactos ambientales, sociales y los eventuales balances energéticos, en la medida que estos últimos aspectos cobraron relevancia.

1

Por ejemplo, el resultado d el Análisis de Ciclo de Vida realizado para una turbina eólica Vestas V80 2.0 MW Onshore indica que se recupera la energía consumida durante todo el ciclo de la máquina en 7,7 meses de funcionamiento. Fuente:”Lifecycle Assessment of offshore and onshore sited wind farms” p or Elsam Engineering y Vestas Wind Systems A/S, octubre de 2004.

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El presente trabajo tiene por objetivo identif icar todos los procesos y materiales y las respectivas energías empleadas en la fabricación de un aerogenerador IVS 4500  de INVAP Ingeniería S.A. mediante la realización de un Análisis de Ciclo de Vida. Para llevar adelante esta tarea se realizará un inventario exhaustivo de los componentes y procesos de fabricación de la máquina, así como otras tareas efectuadas a lo largo del ciclo de vida de la máquina. Posteriormente, se utilizará como herramienta fundamental un software específico para ACVs denominado GaBi2, siendo complementado el estudio con estimaciones y cálculos manuales. Precisada la energía consumida durante el ciclo de vida del aerogenerador, se utilizará el software de simulación HOMER 3, para estimar la energía que genera la turbina durante su vida útil en un sitio con un potencial eólico adecuado para el aprovechamiento de este tipo de recurso. Finalmente, se compararán ambos resultados para obtener dos índices del desempeño energético de la máquina. Por un lado se obtendrá el tiempo estimado en el que el aerogenerador producirá la energía que consume durante su ciclo de vida; y por otro lado, se calculará la relación que existe entre el total de energía producida durante la vida útil de la turbina, con el total de energía consumida durante el ciclo de vida. De este modo, se buscará dar respuesta a la hipótesis central sobre la cual versa este trabajo: la sostenibilidad energética de esta industria. Un estudio de Análisis de Ciclo de Vida -en especial en este caso en que únicamente se evaluará el aspecto energético- es una gran herramienta para la evaluación ambiental de un producto o servicio, sin embargo no es la única. Otros aspectos ambientales (en un sentido amplio del término, incluyendo también cuestiones económicas y/o sociales) pueden ser evaluados para una comprensión más acabada de las implicancias de esta actividad mediante estudios como Evaluaciones de Impacto Ambiental.

2

PE, LBP: GaBi 4 Software-System and Databases for Life Cycle Engineering. www.gabi-software.com. Más información en el Anexo D. Software utilizado.

3

HOMER, Energy Modeling software for Hybrid Renewable Energy Systems. homerenergy.com. Más información en el Anexo D. Software utilizado.

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2. Meta del estudio

Con este trabajo, se espera lograr una primera aproximación al desempeño ambiental, en términos energéticos, del aerogenerador IVS 4500 . Esto comprende la estimación de la energía consumida en la producción de los componentes que forman parte de la máquina, en la fabricación, instalación y en el mantenimiento durante la vida útil esperable. Mediante la realización de este estudio se espera producir información objetiva que le permita a la empresa fortalecer su política de comunicación en relación a los aspectos ambientales de la generación de energía eólica mediante sus productos. Se busca también comenzar a incorporar, en el desarrollo de éste y otros productos, conceptos ligados al Ciclo de Vida y Diseño para el Medioambiente. Algunas aplicaciones de este trabajo pueden ser el dotar de nuevas herramientas e información a la división eólica de INVAP Ingeniería S.A. para la toma de decisiones, así como identificar oportunidades de mejora en el proceso de fabricación, tanto en términos ambientales como en términos económicos. También se espera que el trabajo iniciado aquí sea utilizado en el futuro para realizar un ACV completo de la máquina, teniendo en cuenta categorías de impacto ambiental que aquí no han sido consideradas (p.e. agotamiento de recursos, generación de residuos, calentamiento global, etc.). La audiencia principal a quién está dirigida este trabajo es, dado que no habrá en esta instancia una revisión crítica 4 del documento, los miembros de la división eólica y de niveles gerenciales de INVAP Ingeniería S.A. También podrá ser utilizado este documento por otros sectores de la empresa interesados en aplicar metodologías de Análisis de Ciclo de Vida así como terceros que en el futuro lleven adelante estudios de estas características para la firma. En función del carácter público de este documento, es esperable también su lectura por otras personas con interés en la industria eólica y en estudios de ACV.

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Entendiendo revisión crítica como el proceso de evaluación del grado de cumplimiento con lo establecido en las Normas IRAM-ISO referidas al Análisis de Ciclo de Vida.

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3. Alcance del estudio

Este trabajo se enmarca dentro de la metodología de ACV e incluye aspectos desde la fabricación de los materiales que componen la máquina hasta el fin de la vida útil, con restricciones debidas al carácter introductorio del estudio y a los recursos con que se cuenta para realizarlo. Como fuera mencionado en la introducción, este ACV involucra únicamente un aspecto ambiental de la fabricación del aerogenerador, en este caso en particular, el aspecto energético. Entre los aspectos que serán evaluados en este trabajo se encuentran la estimación de la energía consumida para la fabricación de los materiales que componen la máquina; la estimación de la energía consumida en el transporte de las partes hasta la fábrica ubicada en la ciudad de Neuquén; la estimación de la energía utilizada en el proceso de fabricación; y la estimación de la energía consumida en la instalación y mantenimiento del aerogenerador. Una cuestión que será abordada en forma parcial será el balance de energía incluyendo la fase final del producto, es decir luego que el aerogenerador haya cumplido con su vida útil. Esto se debe en parte a que aun no existen máquinas que hayan llegado a esa instancia y, a su vez, INVAP Ingeniería S.A. no cuenta por el momento con un protocolo establecido para la desinstalación y desmantelamiento de los aerogeneradores que fabrica.

Imagen 1. Alcance del Análisis de Ciclo de Vida.

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3.1 La Función

El aerogenerador IVS 4500  tiene como única función la producción de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía cinética contenida en el viento. Sus características generales de funcionamiento se determinan por algunos parámetros básicos como son la potencia nominal5, la velocidad de arranque y la velocidad de corte (velocidades entre las cuales la máquina entrega electricidad). Estos parámetros son resumidos a través de un gráfico que relaciona velocidad del viento con potencia generada, conocido como curva de potencia.

Imagen 2. Curva de potencia aerogenerador IVS 4500 .

3.2 Unidad Funcional

La Unidad Funcional en un ACV representa una medida del desempeño del sistema o producto en estudio, de forma que los resultados del análisis son referidos a dicha unidad 6. De esta forma, utilizando unidades funcionales análogas entre sistemas/productos que cumplen una misma función, es posible realizar comparaciones entre ellos. En el caso de los aerogeneradores, como fuera detallado previamente, su función primordial es la producción de energía eléctrica. Entonces, dado que estas máquinas son fabricadas con distintas características (p.e. potencia nominal, rendimiento, vida útil, etc.), la Unidad Funcional utilizada en estudios de ciclo de vida es la unidad de energía, expresada en kWh, entregada al usuario o a la red 7 y generada durante la vida útil del aerogenerador bajo ciertas condiciones de viento. 5

Esta es la potencia que entrega el generador eléctrico cuando el aerogenerador se encuentra bajo la acción de la velocidad nominal del viento. Comúnmente, para describir las características de aerogeneradores comerciales de baja potencia se utiliza como velocidad nominal 11 o 12 m/s, pudiéndose encontrar otras al no estar normado.

6

La Norma ISO 14040:1999 define a la Unidad Funcional como “ Desempeño cuantificado de un sistema producto para usarlo como una unidad de referencia en un estudio de análisis de ciclo de vida”.

7

En trabajos como“Life Cycle Assessment of Electricity Production from a Vestas V112 Turbine Wind Plant”, publicado por PE North West Europe ApS en 2011, la Unidad Funciona l está referida a 1 kWh de energía entregada a la red por la planta operando bajo condiciones de viento medio (Clase II según las Normas IEC).

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En este ACV la Unidad Funcional es definida por lo tanto como 1 kWh de electricidad entregado  al usuario, para su almacenamiento o bombeo de agua, por el aerogenerador operando bajo  condiciones de viento leve (IEC Clase III) 8 .

De esta manera, el consumo energético que se registre para las distintas etapas del ciclo de vida del aerogenerador IVS 4500 (producción, instalación, operación y mantenimiento, y final de vida útil 9) será referido a dicha cantidad de energía.

3.3 Componentes y límites del sistema

Imagen 3. Límite del sistema físico en estudio.

Para este trabajo el sistema físico o instalación está compuesto por el aerogenerador, la torre y el cableado hasta el lugar donde se almacena o consume la energía. Esto quiere decir que si bien el sistema se asume como un sistema de generación aislada, los cuales en su mayoría 8

Más información sobre las clasificaciones en el Anexo B, Producción energética.

9

La vida útil del aerogenerador INVAP Ingeniería S.A. IVS 4500 considerada en este ACV es de 20 años, sin em bargo, ésta es una fecha estimada dado que los equipos se fabrican desde 2002 y ninguno ha alcanzado aun dicho tiempo en servicio. Este valor es el establecido como mínimo por la norma IEC 61400-1: Wind Turbines – Part 1: Design requiremen ts.

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cuentan con almacenamiento de energía en baterías, para este estudio no serán contemplados los consumos energéticos relacionados con dicho almacenamiento. Este límite al sistema se debe a varios motivos: uno de los objetivos del trabajo es que pueda servir para la comparación con otros sistemas de generación aislada (p.e. solar), los cuales también precisan de almacenamiento 10; este equipo y otros fabricados en la actualidad pueden utilizarse también sin almacenamiento (ya sea conectándose a la red o a bombas de agua); existen varias alternativas de almacenamiento con importantes diferencias en sus características por lo que escoger una en forma arbitraria podría dificultar la comparación con otros sistemas con almacenamiento; finalmente, incorporar el sistema de almacenamiento dentro de los límites del trabajo excedería el alcance y los recursos para realizarlo ya que habría que trabajar con otras empresas fabricantes de dicho equipamiento. El cableado será el utilizado en forma habitual por la empresa para realizar una instalación típica y se contemplarán las pérdidas que existen en los mismos al transportar la energía.

3.3.1 Etapas del Ciclo de Vida Las etapas por las que atraviesan durante su ciclo de vida los equipos para generación eléctrica a partir del recurso eólico, ya sea que se trate de un equipo o de un parque eólico, pueden caracterizarse en forma general como cuatro: fabricación; instalación; mantenimiento y operación; desinstalación y fin de la vida útil. En el caso de la energía eólica de baja potencia, las primeras tres etapas abarcan conceptos similares que la energía eólica de alta potencia, llevados a una escala menor. Sin embargo, en la etapa de desinstalación, los conceptos, acciones y recursos contemplados son considerablemente distintos entre eólica de baja y alta potencia. Esto se debe principalmente al hecho de que las empresas no cuentan con programas de recuperación o tratamiento final de las máquinas. Por éste último motivo, el destino de los materiales y la forma en que se lleva a cabo el desmantelamiento de la instalación queda frecuentemente bajo la responsabilidad del usuario.

Imagen 4. Etapas del Ciclo de Vida. La última etapa no se encuentra incluida en este ACV, sin embargo se evalúan sus implicancias en los análisis de sensibilidad realizados. 10

Incluso alternativas de generación mediante grupos electrógenos, los cuales pueden entregar energía en forma directa al usuario sin necesidad de almacenamiento, están comenzando a utilizarse en forma complementaria con almacenamiento para un uso más eficiente del combustible. Para esto utilizan equipos que cumplen una doble función: cargan el banco de baterías alimentándose del grupo electrógeno y por otro lado transforman la energía almacenada en las baterías para poder ser consumida por el usuario.

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También, en cuanto al fin de la vida útil de los aerogeneradores de baja potencia, existe la posibilidad de realizar un recambio únicamente del aerogenerador, continuando utilizando el cableado y torres existentes. Esto podría redundar en importantes beneficios ambientales dada la energía puesta no sólo en la instalación sino también en la producción de los materiales. En función de lo expuesto anteriormente, para este trabajo no se incluirá la fase final del ciclo de vida del producto. Esta última únicamente será analizada en forma aproximada en la sección de análisis de sensibilidad. 3.3.1.1 Fabricación Esta etapa incluye la energía consumida para extraer la materia prima y fabricar los materiales que formarán parte del aerogenerador. aerogenerador. En el trabajo no se incluye una evaluación específ específ ica de los desempeños energéticos de las industrias que generan los materiales que abastecen a INVAP Ingeniería S.A. sino que se utilizan parámetros y factores de procesos industriales estánd estándar ar que inclu incluyen yen la energí energíaa consum consumid idaa para para la fabric fabricaci ación ón de distin distintos tos materi material ales. es. Tampoco se contemplan en forma específica la energía de transporte de las materias primas o materiales que utilizan las fábricas que abastecen al proceso de fabricación de la turbina eólica.11 En el caso las piezas metálicas que son cortadas por terceros a pedido de la fábrica de aerogeneradores, aerogeneradores, se realizará una estimación de la energía que consumen para realizar dichos cortes. Esto se debe a que se considera que dicho proceso tiene un peso no despreciable en la energía consumida en la fabricación de la máquina y pese a que se realiza fuera de las instalaciones de INVAP Ingeniería S.A. se considera apropiado incorporarlo dentro de los límites del sistema en estudio. La energía consumida para la fabricación de los aerogeneradores en la planta ubicada en la ciudad de Neuquén es estimada únicamente mediante las horas de proceso declaradas por el fabricante. No será contemplada la energía total consumida por las instalaciones en concepto de electricidad o gas natural dado que en las mismas se producen otras máquinas y servicios y por el alcance de este trabajo no se realizará la tarea de dirimir los porcentajes de energía asignables a cada línea de producción. No se ha incluido en este trabajo la energía consumida por actividades asociadas a la fabricación del aerogenerador como la comercialización, publicidad, servicios financieros e investigación investigación realizada por Ia empresa o terceros.

11

Para realizar esta estimación habría que rastrear el origen de las materias primas y los centros industriales donde se procesan y producen los materiales que luego formarán parte de los componentes estudiados. Esto, considerando la meta y los recursos dispuestos para el trabajo, se cree que excede el alcance del trabajo. De todas formas, teniendo en cuenta que como mínimo el 96% de los materiales (incluyendo aceros, hierros y los compuestos para el hormigón) son de producción nacional, su exclusión no debería afectar sensiblemente los resultados. También, en el caso de materiales que se producen en otros países y se transportan presumiblemente en barcos, otras fuentes consultadas dan cuenta de una considerable mayor eficiencia energética para el transporte mediante dicho medio en comparación con otros medios de transporte para distancias menores.

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Imagen 5. Procesos para la producción de los materiales necesarios para la fabricación de los componentes del aerogenerador.

3.3.1.2 Instalación La etap etapaa incl incluy uyee las las acti activi vida dade dess de tran transp spor orte te del del aero aeroge gene nera rado dorr y los los elem elemen ento toss complementarios (p.e. la torre) hasta el sitio de instalación y las actividades de instalación propia propiamen mente te dicha dichas. s. Estas Estas última últimass incluy incluyen en el prepar preparado ado del terre terreno, no, la realiz realizaci ación ón de excavaciones para ubicar los anclajes de los tensores de la torre, cableado y el izamiento de la torre junto con el aerogenerador. 9 de 60

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Para Para este este trab trabaj ajo, o, se esti estima mará ránn los los cons consum umos os ener energé gétitico coss de una una inst instal alac ació iónn lo más más representativa posible de la realidad, pese a que pueden existir variaciones en función de las necesidades necesidades del usuario y de otras características propias de cada trabajo. Esta tarea requiere del trabajo de dos técnicos de INVAP Ingeniería S.A., los cuales transportan el equipamiento para la instalación en la camioneta en que se trasladan. 3.3.1.3 Mantenimiento y operación Las tareas de mantenimiento consisten en la inspección completa de la instalación mediante el registro de parámetros de funcionamiento, la revisión del sistema eléctrico y la verif verif icación de la integridad de los componentes del aerogenerador, así como su funcionamiento. Para esta última tarea se baja a nivel del suelo el equipo mediante el mecanismo retráctil que posee la torre. También forman parte del protocolo de mantenimiento el lubricado de bujes, reajuste de bulones y tensado de las riendas. Incluyen también las actividades de mantenimiento el cambio de piezas por desgaste y/o rotura. Para la estimación de la energía empleada en la etapa de mantenimiento se contemplan los viajes que realizan los técnicos desde un centro de distribución genérico hasta el sitio de instalación. 3.3.1.4 Desinstalación y fin de la vida útil La última fase del ciclo de vida consiste en términos generales en las actividades de desarmado de la instalación, recomposición del terreno y tratamiento de los materiales (p.e. reciclado o disposición final en rellenos sanitarios). Para este trabajo no se incluirá en el balance energético del ACV la energía consumida en la desinstalación del aerogenerador. Esto es debido a los factores de incertidumbre que hay al respecto, los cuales fueron mencionados previamente. Sin embargo, se elaborará en la sección correspondiente al análisis de sensibilidad, una estimación en cuanto al valor que supondría una desins desinstal talaci ación ón práct práctica icamen mente te comple completa ta (aerog (aerogen enera erado dorr y torre) torre) y la energí energíaa que que se recuperaría si se reciclaran los principales materiales de los componentes del sistema.

3.3.2 Cobertura tecnológica El presente trabajo ha sido realizado siguiendo las normas específicas sobre Análisis de Ciclo de Vida, priorizando las versiones más actualizadas. De forma análoga, se ha intentado usar como como refere referenci nciaa para para la realiz realizaci ación ón del estudi estudioo los último últimoss ACV ACVss de aerog aerogen enera erado dores res disponibles. En cuanto a los indicadores utilizados para calcular los contenidos energéticos de los materiales y procesos involucrados en la producción del aerogenerador, se intentó utilizar también fuentes de información actualizadas y aplicables a los métodos de producción nacionales. Sin embargo, dada la ausencia de una base de datos nacional, se han utilizado fuentes extranjeras. El software utilizado es una de sus últimas versiones disponible para la realización de Análisis de Ciclo de Vida y ha sido utilizado para la confección de estudios recientes de aerogeneradores de alta potencia 12. Con motivo de verificar los resultados también se han comparado las 12

Vestas Wind Systems A/S. “Life Cycle Assessment of Electricity Production from a V80-2.0 MW Gridstreamer Wind Plant.” Vestas Diciembre de 2011.

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energías obtenidas con el software para la producción de algunos materiales clave como acero y cemento con algunas fuentes bibliográficas encontrándose diferencias dentro de lo esperable. La estimación de la producción energética se realizó también con un software con numerosas referencias y fue corroborado mediante el uso de otra aplicación disponible en internet. 13

3.3.3 Cobertura temporal y geográfica La recolección de los datos para la realización de este trabajo se llevó a cabo entre 2011 y 2012 mediante una visita en forma personal a la fábrica y mediante comunicaciones con el sector encargado de la producción de los aerogeneradores. Mucha de la información recolectada había sido generada durante los años de producción del IVS 4500 y fue brindada para la realización de este trabajo. Para la realización de futuros ACVs con mayor alcance y recursos se debería establecer con el sector de producción un protocolo de recolección de datos para homogeneizar y asegurar la calidad de la información. En cuanto a la cobertura geográfica del trabajo, la única planta de producción del aerogenerador es la ubicada en la ciudad de Neuquén. La ubicación de la instalación del aerogenerador para la cual se realizarán las estimaciones energéticas por transporte es un sitio teórico. La distancia a la que se encuentra este último de la fábrica de INVAP Ingeniería S.A. se considera como suficientemente conservadora para ser representativa de las instalaciones que realiza la empresa. La distancia de transporte de los materiales y partes utilizadas en el proceso de fabricación se calcula por defecto como procedente de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires a menos que se aclare en forma específ ica para algún elemento.

3.3.4 Recolección de datos e integridad de la información La principal fuente de información para este estudio fue el sector de la planta de INVAP Ingeniería S.A. dedicado a la fabricación del aerogenerador IVS 4500 . La mayor parte de los datos se recolectaron personalmente y tuvieron los siguientes orígenes:

13

•

Los pesos de las principales piezas metálicas del aerogenerador y otras de la torre se obtuvieron a partir del software utilizado para el diseño de las mismas.

•

El peso de elementos de fabricación estandarizada (p.e. los tubos utilizados como segmentos de torre o bulones de distintos tamaños) fueron estimados mediante tablas de información que brindan los fabricantes de dichos elementos o las Normas bajo las cuales se fabrican.

•

Algunos elementos menores, de fabricación propia y materiales plásticos o similares fueron pesados manualmente.

•

La información del proceso de fabricación fue obtenida en primer lugar a partir de los registros con los que ya contaba el área de producción. Dicha información fue complementada con el registro de la maquinaria utilizada en los procesos de fabricación

Más información en el Anexo B. Producción energética.

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y sus correspondientes potencias eléctricas. En los casos en que no se pudo obtener en forma precisa esta última información, se utilizaron valores de maquinarias de características similares. •

Otra información referida a la energía utilizada en procesos y al origen de materiales y/o piezas obtenidas de terceros por la empresa también fue solicitada a proveedores cuando se consideró necesario. En caso de no obtener respuesta se obtuvo información mediante el contacto con otros proveedores de productos con similares características o mediante catálogos.

•

La información para el cálculo de la energía producida por el aerogenerador a lo largo de su vida útil fue obtenida a partir de la curva de potencia estimada por el fabricante y el Mapa Eólico Nacional 14.

En cuanto a la calidad e integridad de la información también pueden mencionarse los siguientes aspectos:

14

•

Precisión: debido a la heterogeneidad de fuentes utilizadas en la realización del Inventario de Ciclo de Vida (ICV), y el hecho de que la principal fuente de información (INVAP Ingeniería S.A.) no cuenta con una norma interna que especif ique estándares de calidad para la recolección de los datos recolectados para este trabajo, no se establecieron requisitos en relación a la variabilidad de los datos incluidos.

•

Integridad: para asegurar que todos los materiales, procesos y salidas relevantes hayan sido incluidos en el ICV se utilizó principalmente la bibliografía referida a análisis de ciclo de vida de aerogeneradores como guía metodológica y referencia.

•

Representatividad: la información y datos incluidos en el ICV y ACV han tenido como premisa ser lo más representativo de instalaciones realizadas por INVAP Ingeniería S.A. y de los procesos de fabricación que se llevan a cabo en su planta. Estos datos deben cumplir a su vez con los criterios de cobertura tecnológica, temporal y geográfica enunciados anteriormente.

•

Consistencia: la metodología marco, guiada por la serie de Normas IRAM/ISO 14040, ha sido puesta en práctica para todas las fases del estudio pese a que se han utilizado distintos modelos para el cálculo de los contenidos energéticos en secciones particulares del ACV. Se evaluó que la única sección donde debía prevalecer una única metodología es la que establece la energía contenida en los materiales.

•

Reproducibilidad: uno de los objetivos de este trabajo es que pueda ser objeto de una revisión crítica para asegurar la objetividad y calidad de los resultados. Por este motivo se ha buscado documentar todo el proceso de recolección, análisis y generación de datos para que puedan ser reproducidos por una tercera parte independiente.

•

Fuentes de información: la información utilizada en el trabajo debe provenir de fuentes confiables y ser registradas para su evaluación.

Más información en el Anexo B. Producción energética.

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3.4 Criterios para determinar los límites del análisis

Este Análisis de Ciclo de Vida se enfoca únicamente en el aspecto energético, por lo que el criterio para incluir o excluir algún componente o proceso fueron los siguientes: •

En términos de masa, si algún elemento representa un valor menor al 1% de la masa total del aerogenerador y elementos complementarios del sistema puede ser excluido siempre y cuando no sea un material relevante en el conjunto por sus características energéticas u otras cualidades singulares que ameriten su inclusión.

•

En términos de energía, un proceso que represente menos del 1% del total de la energía utilizada en los procesos de fabricación también puede ser excluido.

•

La sumatoria de componentes excluidos no pueden superar el 5% de la masa total o de la energía total del sistema.

En los casos en que no se haya podido obtener información de algún material o proceso realizado por terceros para INVAP Ingeniería S.A. se lo incluyó mediante una aproximación, o se lo excluyó por estimarlo poco significativo. En cualquiera de estos casos la decisión será registrada.

3.5 Supuestos

3.5.1 Vida útil del aerogenerador y componentes del sistema La vida útil establecida para la turbina eólica, como fuera mencionado previamente, es de 20 años. Este valor es el utilizado normalmente por la industria eólica para los equipos pese a que persiste cierto grado de incertidumbre al respecto debido a que muchos equipos, incluido el IVS  4500 , se fabrican desde un lapso de tiempo menor. Por otro lado, también están siendo evaluados los efectos que tienen en la extensión de la vida útil de la instalación el recambio de algunos componentes e incluso la posibilidad de cambiar completamente el aerogenerador manteniendo el resto de la instalación (p.e. la torre y las conexiones eléctricas). En la sección de Análisis de Sensibilidad de este ACV se evaluará el efecto de la extensión de la vida útil del sistema sobre el balance energético.

3.5.2 Producción energética El cálculo de la energía que se estima será producida por el aerogenerador anualmente se realizará en función de una velocidad media anual de aproximadamente 7,5 m/s a 10 metros de altura sobre el suelo. Se considera que esta velocidad es representativa de las instalaciones que realiza INVAP Ingeniería S.A., las cuales se encuentran principalmente en la región patagónica. 13 de 60

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En la producción a lo largo de los 20 años se hayan contempladas las pérdidas relacionadas con la transmisión de la energía, la eficiencia de equipamiento electrónico y el tiempo en que el aerogenerador no se encuentra en condiciones de funcionar. Esto último, conocido en la industria eólica como disponibilidad , se puede deber a paradas programadas para el mantenimiento de la instalación, o debido a fallas o roturas imprevistas y el tiempo que se precisa para su reparación y se asume para este trabajo como 95% .15 Debido a la complejidad del tema y la poca información que existe al respecto en este trabajo se asume que no hay merma en la eficiencia de la máquina/sistema debido al desgaste natural de sus componentes a lo largo de la vida útil. Velocidad media anual de viento

Ubicación aproximada

Longitud conexión eléctrica

Producción neta anual

Producción neta en 20 años

7,6 m/s

Piedra del Águila, Neuquén

30 m

14.208 kWh

170.493 kWh

Tabla 1. Producción de energía estimada, disponible para su utilización según lo establecido en la definición de Unidad Funcional. Fuente: elaboración propia a partir de datos del fabricante y Mapa Eólico Nacional.

3.5.3 Entrada de materiales Para la realización de este estudio se asumió que todo el material utilizado proviene de fuentes primarias ya que no fue posible determinar en forma confiable el porcentaje de material reciclado contenido en los componentes de la máquina. Si bien la industria del acero, cobre y plásticos (entre otras) recuperan material y lo incluyen en sus procesos productivos, ante la falta de datos concretos se prefirió adoptar una posición conservadora al respecto.

3.5.4 Características de la instalación y mantenimiento El límite del sistema eléctrico bajo estudio, es decir el lugar en donde se entrega la energía eléctrica al usuario, se encuentra a unos 20 metros de la base de la torre del aerogenerador 16. Es decir que para el cálculo de las pérdidas en la transmisión de la energía se debe sumar a ese valor el tramo entre el aerogenerador y la base de la torre, totalizando entonces unos 30 metros. La instalación se realiza mediante dos técnicos que trasladan el equipo completo hasta el sitio de instalación y realizan el trabajo en dos días. Se asume que el trabajo de preparación del terreno fue realizado previo a su llegada y que los pozos para las fundaciones y anclajes fue realizado manualmente. En cuanto a la energía invertida en la instalación se contemplan energías de herramientas eléctricas para la realización de la instalación eléctrica principalmente. La energía en el izamiento de la torre, la cual se realiza con un mecanismo de poleas jalado por una camioneta es despreciable. 15

Para más información sobre los cálculos de producción de en ergía, pérdidas y escenarios evaluados referirse al Anexo B. Producción energética.

16

Podría considerarse que esta distancia debería ser mayor en función del tamaño del aerogenerador, sin embargo se cree que 20 metros es una distancia representativa. Asimismo, una extensión sensiblemente mayor no afectaría d e forma significativa los resultados del trabajo.

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Durante la fase de mantenimiento de la instalación, además de considerar la energía para el transporte de los técnicos hasta el sitio, se tendrá en cuenta un eventual recambio de varias piezas metálicas como bulones, bujes, tuercas y otras partes por un peso total propuesto de 10 kg de acero. Asimismo, se contemplará también un recambio de las palas.

3.5.5 Tratamiento de los materiales al fin de la vida útil Como fuera descripto anteriormente, existe un alto grado de incertidumbre respecto al tratamiento de los materiales que forman parte de la instalación una vez que se cumpla la vida útil de la máquina. Principalmente existe una falta -en prácticamente toda la industria eólica de baja potencia- de protocolos o procedimientos para la recuperación de los materiales una vez que hayan dejado de cumplir su función. Por este motivo, si bien con excepción de las fundaciones y los anclajes de hormigón la mayoría de los materiales son potencialmente reciclables, no se realizará en principio un “crédito” energético al finalizar el ciclo de vida de la máquina. Se hará, no obstante, un análisis de sensibilidad que incluya el reciclado de los principales componentes del aerogenerador.

3.5.6 Componentes electrónicos En términos de masa los componentes electrónicos son una fracción muy pequeña del total, y por su tamaño, variedad y características de fabricación es muy complejo determinar en forma exacta los materiales y procesos utilizados para su fabricación. Durante la elaboración del Inventario de Ciclo de Vida se procuró identificar los componentes principales y sus materiales. En algunos casos se pudo obtener información a través de los catálogos de producto. Para cubrir los casos en que no fue posible determinar las características de componentes electrónicos, se realizó una estimación conservadora y se propuso la inclusión teórica de electrónica de comunicación y control genérica mediante el agregado de un peso de 1 kg de aluminio, utilizando su correspondiente proceso productivo. Esta aproximación se cree que asegura una inclusión mínima de la carga energética relacionada con los componentes electrónicos. 17

3.5.7 Transporte Las distancias de transporte de los materiales que serán incluidas en este trabajo son varias. Por un lado, se asume que el total de los materiales que utiliza INVAP Ingeniería S.A. para la construcción de los aerogeneradores proviene de la ciudad de Buenos Aires. Esto se postula que es realizado mediante camiones para transporte de carga de larga distancia. De acuerdo a lo establecido por el fabricante, un escenario representativo del transporte para la distribución e instalación del aerogenerador es el que se describe a continuación. El aerogenerador y los otros elementos de la instalación se trasladan desde la fábrica en Neuquén hacia un centro o agente de venta, instalación y mantenimiento que se encuentra a 17

En todos los ACV consultados las cargas energéticas y ambientales de los componentes electrónicos se logran mediante estimaciones, llegando incluso a excluir la parte energética algunos de ellos. Las aproximaciones más precisas encontradas incluyen “electrónica genérica”, cuyas características no han podido ser encontradas para ser utilizadas como referencia en este trabajo. La elección del aluminio como referencia para el consumo energético se debe a que es por lejos uno de los procesos de mayor consumo de energía en el caso de producción primaria.

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una distancia de 1.000 km. Este transporte es realizado mediante camiones de carga para largas distancias. Posteriormente, se utiliza una camioneta tipo pick up  doble cabina con motor diesel para realizar el transporte de la máquina y la torre hasta el sitio de instalación, ubicado a 500 km del representante de INVAP Ingeniería S.A. El consumo energético es calculado entonces en función del tipo de transporte y la carga, abarcando para este escenario un radio de 1.500 km desde la ciudad de Neuquén, lo cual cubre un radio considerable de la región con mejores aptitudes para el aprovechamiento eólico. Los únicos materiales que no son transportados de esta forma son los elementos que componen el hormigón armado de la base de la torre y de los anclajes para las riendas. Para estos se asume que el cemento es transportado 2.600 km en camión de larga distancia hasta la localidad más cercana al sitio de instalación del aerogenerador donde se obtienen a su vez los áridos necesarios. Estos elementos son finalmente transportados en camión de carga para distancias cortas por una distancia de 100 km. Esta diferenciación se realiza no sólo porque se busca representar lo mejor posible la realidad, sino también porque los elementos que componen el hormigón conforman el conjunto de mayor peso en términos de masa de la instalación.

Imagen 6. Radio aproximado cubierto por una distancia de 1.500 km en rutas y caminos.

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A continuación se presenta una tabla con el resumen de distancias, materiales y forma de transporte.

Componente / Tarea

Distancia

Tipo de transporte

Aerogenerador, torre y elementos complementarios para instalación con excepción de los componentes del hormigón (incluyendo 20% de material extra por desperdicios en procesos)

1.200 km

Camión para transporte de carga de larga distancia (carga aproximada 40 t)

1.000 km

100 km

Camión para transporte de carga de larga distancia (carga aproximada 40 t) Camioneta tipo pick up diesel doble cabina (carga aproximada 0,8 t) Camión para transporte de carga de larga distancia (carga aproximada 40 t) Camión para transporte de carga de corta distancia (carga aproximada 20 t)

Arena y grava (incluyendo 20% de material extra por desperdicios en procesos)

100 km

Camión para transporte de carga de corta distancia (carga aproximada 20 t)

Regreso instalación y mantenimiento

10.500 km

Camioneta tipo pick-up diesel doble cabina (carga aproximada 0,2 t)

Aerogenerador, torre y elementos complementarios para instalación con excepción de los componentes del hormigón Cemento (incluyendo 20% de material extra por desperdicios en procesos)

500 km 2.600 km

Tabla 2. Cuadro de distancias y características de transporte consideradas en el ACV.18

Se supone también un viaje anual para mantenimiento y/o reparaciones con dos técnicos a lo largo de los veinte años de vida útil estipulada para la máquina, realizado desde el centro de distribución. También se contempla que se coordinan los viajes de manera de incluir como mínimo el mantenimiento de dos instalaciones por cada salida de 1.000 km (incluyendo ida y regreso). Dicha suposición, además de haber sido recomendada por el fabricante, se considera conservadora, siendo esperable que los viajes de mantenimiento sean coordinados de manera de incluir más de dos instalaciones. Las implicancias de estos criterios se pueden observar en la sección de análisis de sensibilidad.

3.5.8 Desperdicios de material en el proceso de fabricación En cualquier proceso productivo es esperable que se produzcan pérdidas o desperdicios de materiales, ya sea por errores humanos, de las máquinas, o porque el proceso mismo genera indefectiblemente residuos. En el caso de la producción de aerogeneradores esto puede observarse por ejemplo en los procesos de torneado de piezas metálicas que se realizan tanto dentro de las instalaciones de INVAP Ingeniería S.A., como en talleres que realizan cortes u otros trabajos para los primeros. Muchos de estos residuos pueden ser recuperados, pero este aspecto no ha sido profundizado en este trabajo. Para este trabajo no se ha podido reunir información exacta de la fracción de material residual ni su destino. Se propone entonces incluir en el Análisis de Ciclo de Vida una pérdida del 20% de la masa total del aerogenerador y elementos complementarios de la instalación, repartidos proporcionalmente por cada material.

18

Más información sobre distancias, energías y e l modelo de transporte en e l Anexo C. Modelo de transporte.

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3.6 Asignaciones

En el caso de la generación de energía eléctrica mediante aerogeneradores, su única función es la producción de electricidad. Sin embargo, en la planta de INVAP Ingeniería S.A. en Neuquén se producen varios equipos y se brindan otros servicios además de los relacionados con la energía eólica de baja potencia. La dif icultad en definir las asignaciones radica también en que además de compartir un edif icio, maquinaria y áreas adicionales como investigación, servicios financieros y de publicidad 19, no existe tampoco una división rígida de las tareas que realizan muchos de los técnicos e ingenieros de la firma. Otro aspecto, también complejo para la inclusión en los Análisis de Ciclo de Vida, es la energía consumida para fabricar la maquinaria (p.e. tornos y fresadoras) utilizada en el proceso de fabricación de piezas, las cuales sufren un desgaste y deben ser reemplazadas eventualmente. Muchas de estas maquinarias no solo son utilizadas para la producción de distintos productos sino que también tienen una extensa vida útil, haciendo la asignación en extremo dificultosa. Para asignar correctamente los consumos de materiales y energía a cada línea de trabajo se debería contar con información y recursos que exceden el alcance de este ACV por lo que se ha optado por excluir la evaluación de estos consumos energéticos en el ciclo de vida de los aerogeneradores.

3.7 Análisis de sensibilidad

En este trabajo se analizarán las implicancias que posee en el balance energético de la turbina eólica la variación de factores que se consideran pueden tener un efecto destacable. En este sentido, se realizaron análisis de sensibilidad respecto a los siguientes aspectos:

19

•

Escenario de viento: se evaluó la diferencia en la producción energética debida a distintas velocidades medias de viento, superiores e inferiores a la utilizada en el ACV. También se analizó el efecto de la altura de la torre en el balance de energía del sistema.

•

Vida útil del aerogenerador: se realizaron estimaciones respecto a la variación en la energía que se podría encontrar a causa de la extensión de la vida útil del equipo, así como también su disminución.

•

Distancias y transporte: se efectuaron evaluaciones de las implicancias de realizar instalaciones en un radio mayor y menor al propuesto en el ACV, así como diferentes escenarios respecto al mantenimiento de las máquinas.

Estos servicios y áreas que en forma indirecta también poseen un peso energético y ambiental, no son incluidos normalmente en estudios de ciclo de vida ya que la metodología se encuentra en desarrollo. Los límites de los sistemas se están expandiendo para incluir más actividades complementarias a las principales, pero todavía no existen metodologías o guías específic as para establecer estos apo rtes difusos.

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Fin de la vida útil: se realizó una estimación del crédito energético que supondría la recuperación del aerogenerador y torre para su reciclado, considerando también la energía extra necesaria para transportar el material hasta el sitio de reciclaje.

3.8 Análisis del inventario y modelos usados para los análisis

El presente Análisis de Ciclo de Vida es de tipo atribucional , ya que la meta de este trabajo es determinar el desempeño ambiental en términos energéticos del aerogenerador IVS 4500 . Pretende cuantif icar con el menor nivel de incertidumbre posible, cuál es la energía invertida en procesos y materiales a lo largo del ciclo de vida del producto, a diferencia de una aproximación consecuencial , orientada al análisis de los efectos de los cambios en la producción o consumo de dicho producto. Los límites del sistema para esta clase de ACV se definen en función de los materiales y procesos involucrados en el ciclo de vida de la máquina, sin contemplar potenciales efectos indirectos debido al cambio en las condiciones del entorno (p.e. aumento de la demanda de aerogeneradores, sustitución por otro tipo de fuentes de energía renovable, etc.). A través de esta metodología se identifican los materiales y procesos que intervienen a lo largo del ciclo de vida de un aerogenerador mediante la realización del Inventario de Ciclo de Vida y el análisis de un marco representativo de la realidad en la que se produce y utiliza, intentando determinar el impacto que se produce mediante su uso. Para el análisis de las distintas actividades que intervienen en el gasto energético del sistema/producto, se utilizó un modelo mixto. Para la determinación de la energía invertida en procesos para los cuales se contaba con información específica local (p.e. el transporte y la maquinaria utilizada para la producción) se optó por efectuar los cálculos en forma manual, utilizando y comparando con fuentes bibliográficas. En el caso de la energía contenida en los materiales, sin embargo, se consideró mejor la utilización de una única base de datos actualizada, pese a que la misma fue elaborada con datos de Europa y Estados Unidos de América. Esto se debió principalmente a la ausencia de una base de datos local que incluyera todos -o al menos una gran parte- de los materiales usados para la fabricación de la máquina y componentes del sistema. Asimismo, se considera conveniente para la realización de ACVs el uso de bases de datos actualizadas, que reflejen las tecnologías y desempeños de los procesos productivos utilizados en el presente.

3.9 Categorías de impacto analizadas

Para este Análisis de Ciclo de Vida solo será evaluado el consumo energético debido a la producción de materiales y la energía necesaria para los procesos de fabricación, instalación, y mantenimiento. Si bien estrictamente esto no es clasif icado como categoría de impacto según la metodología de ACV, los estudios de este tipo para aerogeneradores los informan en forma conjunta bajo la

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aclaración de que son “indicadores de no impacto 20 ”. Por este motivo, en este estudio se lo presenta en forma similar. Las categorías de impacto que pueden ser analizadas mediante la práctica de un ACV, han sido obviadas en este trabajo únicamente por el alcance y los recursos del mismo, recomendándose que en el futuro sean evaluadas mediante el uso del Inventario de Ciclo de Vida realizado en esta oportunidad u otro actualizado y mejorado.

3.10 Revisión crítica

Este trabajo no ha sido objeto de una revisión crítica, que asegure -como se encuentra enunciado en la Norma IRAM/ISO 14044- los siguientes aspectos: •

Los métodos utilizados para realizar el ACV son consistentes con dicho estándar.

•

Los métodos utilizados para realizar el ACV son científica y técnicamente válidos.

•

Los datos utilizados son apropiados y razonables en relación con la meta del estudio.

•

Las interpretaciones reflejan las limitaciones identif icadas y la meta del estudio.

•

El informe del estudio es transparente y consistente.

Es la intención del autor que este informe y el trabajo realizado sean evaluados por una tercera parte independiente mediante una revisión crítica.

20

En inglés se escribe “ non impact indicators”, no encontrándose una traducción a la lengua castellana distinta a la literal.

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4. Inventario de materiales y procesos

El inventario de materiales y procesos fue realizado personalmente en las instalaciones de INVAP Ingeniería S.A. en Neuquén y luego mejorado mediante consultas e investigación de los vacíos de información detectados.

4.1 Inventario de materiales

A continuación se presentan en forma agrupada los pesos de materiales utilizados para la producción del aerogenerador y los elementos complementarios de la instalación. Se encuentra incluido la totalidad del material que se estima se consumirá a lo largo de la vida útil del sistema, incluyendo los materiales para el mantenimiento y recambio de piezas. No incluye el 20% extra de material propuesto como pérdidas en los procesos, el cual se distribuye proporcionalmente y es considerado más adelante para el cálculo de la energía de procesos y transporte. Posteriormente, se presentan los materiales demandados por cada componente del sistema.

Componente

Peso

Unidad

Torre Generador Pieza soporte/cuerpo Electrónica Mantenimiento Otros insumos Orientación y control Rotor eólico Sistema eléctrico Total sin grava, arena y agua* Total

2.042 62 28 27 18 18 17 16 2 732 2.230

kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 3. Resumen de pesos por componente del sistema. * Estos materiales excluidos forman parte del hormigón para la torre junto con el cemento y son materiales utilizados en su forma casi primaria (prácticamente sin transformación mediante procesos industriales).

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Material

Peso

Unidad

Grava* Arena* Aceros al carbono Cemento* Materiales de hierro y acero (sin clasif icar) Agua* Fundición de hierro Resinas y compuestos epoxi Cobre y aleaciones de cobre Aceros de media aleación y aleados Imanes Fibra de vidrio y PRFV Resinas y compuestos poliéster Plásticos (PVC, policarbonato, etc.) Acero inoxidable Compuestos cerámicos Aluminio y aleaciones de aluminio Otros Espuma de poliuretano Barnices, lacas y similares Otros metales (plomo, níquel, etc.) Aceites, lubricantes, etc. Total sin cemento, grava, arena y agua* Total sin grava, arena y agua. Total

814,4 566,4 330,8 177,6 121,8 117,3 19,4 13,5 11,9 10,9 9,2 7,6 6,3 6,1 4,7 3,1 2,9 1,8 1,4 1,3 0,7 0,3 554 732 2.230

kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 4. Resumen de pesos por material. *El cemento, grava, arena y agua son utilizados para la base y anclajes de la torre.

Imagen 7. Porcentajes de pesos por componentes.

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Imagen 8. Porcentajes de pesos por componentes sin incluir grava, arena y agua.

Imagen 9. Porcentajes de pesos por principales materiales.

Imagen 10. Porcentajes de pesos por principales materiales sin incluir grava, arena y agua.

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4.1.1 Rotor eólico Los materiales incluidos en este conjunto incluyen, además de los componentes para la fabricación del rotor, el material que proporcionalmente se requiere para la construcción del molde a partir del cual se obtienen las palas del aerogenerador.

Material

Peso

Unidad

Aceros al carbono Fibra de vidrio y PRFV Resinas y compuestos poliéster Espuma de poliuretano Otros Otros metales (plomo, níquel, etc.) Total

7,78 3,77 3,16 0,72 0,39 0,05 15,87

kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 5. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Rotor eólico.

4.1.2 Generador Material

Peso

Unidad

Fundición de hierro Materiales de hierro y acero (sin clasif icar) Imanes Cobre y aleaciones de cobre Aceros de media aleación y aleados Aceros al carbono Barnices, lacas y similares Plásticos (PVC, policarbonato, etc.) Fibra de vidrio y PRFV Total

19,43 18,97 9,23 6,50 4,73 2,43 0,90 0,20 0,06 62,45

kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 6. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Generador.

4.1.3 Pieza soporte Material

Peso

Unidad

Aceros al carbono Aceros de media aleación y aleados

19,7 5,93

kg kg

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Análisis de Ciclo de Vida Aerogenerador IVS 4500  Cobre y aleaciones de cobre Materiales de hierro y acero (sin clasif icar) Total

Ignacio Sagardoy 1,80 0,08 27,51

kg kg kg

Tabla 7. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Pieza soporte.

4.1.4 Orientación y control Material

Peso

Unidad

Aceros al carbono Acero inoxidable Materiales de hierro y acero (sin clasif icar) Plásticos (PVC, policarbonato, etc.) Otros Aceites, lubricantes, etc. Cobre y aleaciones de cobre Aceros de media aleación y aleados Total

7,69 4,66 2,00 1,28 0,70 0,30 0.18 0,11 16,92

kg kg kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 8. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Orientación y control.

4.1.5 Torre Material

Peso

Unidad

Grava Arena Aceros al carbono Cemento Agua Materiales de hierro y acero (sin clasif icar) Total sin cemento, grava, arena y agua Total sin grava, arena y agua Total sin agua Total

814,44 566,42 294,73 177,63 117,31 71,69 366,42 544,06 1.924,91 2.042,22

kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 9. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Torre.

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4.1.6 Sistema eléctrico El conjunto denominado Sistema eléctrico incluye los materiales para la producción del colector eléctrico, sus accesorios, y los cables de transmisión de energía entre el aerogenerador y el lugar de consumo.

Material

Peso

Unidad

Cobre y aleaciones de cobre Plásticos (PVC, policarbonato, etc.) Fibra de vidrio y PRFV Otros Materiales de hierro y acero (sin clasif icar) Aceros de media aleación y aleados Aceros al carbono Resinas y compuestos epoxi Total

2,50 1,93 0,37 0,19 0,18 0,17 0,09 0,02 5,45

kg kg kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 10. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Sistema eléctrico.

4.1.7 Electrónica Este conjunto incluye los componentes electrónicos que conforman el regulador, así como los disipadores de energía y los materiales para la construcción de las cajas o gabinetes en los que se hallan alojados.

Material

Peso

Unidad

Materiales de hierro y acero (sin clasif icar) Compuestos cerámicos Aluminio y aleaciones de aluminio Plásticos (PVC, policarbonato, etc.) Cobre y aleaciones de cobre Otros metales (plomo, níquel, etc.) Otros Total

16,61 3,13 2,88 2,74 0,94 0,60 0,10 27,00

kg kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 11. Resumen de pesos para el conjunto Electrónica.

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4.1.8 Otros insumos y mantenimiento Dentro de esta categoría se incluyen materiales que son utilizados para todos los otros conjuntos (p.e. pintura epoxi) y los materiales que según el escenario planteado para la realización de este ACV serán utilizados para el mantenimiento de la instalación.

Material

Peso

Unidad

Resinas y compuestos epoxi Materiales de hierro y acero (sin clasif icar) Fibra de vidrio y PRFV Resinas y compuestos poliéster Espuma de poliuretano Barnices, lacas y similares Otros Otros metales (plomo, níquel, etc.) Total

13,44 10,60 3,42 3,16 0,72 0,43 0,39 0,05 32,21

kg kg kg kg kg kg kg kg kg

Tabla 12. Resumen de materiales y pesos para el conjunto Otros insumos y mantenimiento.

4.2 Inventario de procesos

Los procesos contemplados dentro de este estudio pueden dividirse en dos. Un grupo consiste en las actividades que se llevan a cabo en la fábrica de INVAP Ingeniería S.A. en la ciudad de Neuquén, con excepción de dos procesos (corte láser y arenado), para los cuales se realizó un inventario de máquinas, potencias, y tiempos requeridos para cada uno de ellos. Estos son llamados procesos secundarios y en términos generales se los puede describir como procesos en los que no median transformaciones químicas de los materiales, sino más bien físicas. En estos procesos la empresa cuenta con cierto margen de control directo, por lo que se los describe como dentro de su alcance. Los otros procesos incluidos en el análisis son aquellos que realizan las llamadas industrias pesadas para la producción de piezas y materiales generales como cemento, acero, aluminio, cobre, etc. En estos casos sí pueden observarse en general cambios en las composiciones químicas de los materiales involucrados en estos procesos. En estos procesos denominados primarios INVAP Ingeniería S.A. no posee control alguno. Este grupo de procesos fue incorporado en el análisis mediante el uso del software GaBi, el cual cuenta con una amplia base de datos de procesos industriales.

4.2.1 Procesos primarios En el alcance de este Análisis de Ciclo de Vida se incluye la energía necesaria para producir los materiales que luego, mediante diferentes procesos físicos, forman parte del aerogenerador y el resto de los componentes de la instalación. Estos procesos primarios son aquellos que transforman minerales, hidrocarburos y otras materias primas en metales, plásticos, etc. 27 de 60

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Como fuera señalado anteriormente, el uso en el modelo del software GaBi se debió entre otras cosas a la amplia base de datos de procesos con la que cuenta. Sin embargo, esta y otras bases de datos para realizar Inventarios de Ciclo de Vida continúan en desarrollo y no alcanzan el total del universo de materiales y procesos que se realizan en la realidad. Para utilizar este software y la información que contiene es necesario, por lo tanto, buscar, evaluar y asignar los procesos que mejor que representen los procesos de fabricación de los materiales incluidos en nuestro estudio. En esta tarea hubo casos en que no se encontró compatibilidad entre algunos materiales específicos, debiendo asignar los mismos a otras categorías que se estimaran similares y buscando siempre que el contenido energético sea similar o mayor. Los procesos que se tuvieron en cuenta y se ingresaron en el diagrama de procesos son los que se enumeran a continuación 21:

21

•

Producción de acero y hierro: planchas de acero ( steel sheet );  piezas de hierro fundido (cast iron part ) ; perfiles de acero ( steel sections ); planchas de acero galvanizado (galvanized steel sheet ); tocho de acero ( steel billets ); alambre de acero ( steel wire ); tubos de acero con costura ( steel welded pipe ); placas de acero ( steel plate ); acero inoxidable enrollado en frío ( stainless steel cold roll ); tocho de acero aleado ( steel billets  100Cr6 ); tocho de acero aleado ( steel billet 20MoCr4 ); producción combinada de hierro y acero (iron and steel production mix );

•

Producción de otros metales: alambre de cobre ( copper wire ); bronce ( brass ); piezas de aluminio fundido ( aluminum die-cast part ); lingote de aluminio ( aluminum ingot ); ferroníquel (ferro nickel ); plomo ( lead );

•

Producción de fibra de vidrio ( glass fibers );

•

Producción de plásticos: resina poliéster (polyester resin); resina epoxi ( epoxy resin ); PET granulado ( Polyethylene terephtalate granulate ); PVC granulado ( Polyvinylchloride  granulate mix ), policarbonato granulado ( Polycarbonate granulate );

•

Producción de otros materiales: mezcla de estireno-butadieno ( styrene-butadiene rubber  mix ); lubricantes ( lubricants ); mezcla de ácido sulfúrico ( sulfuric acid mix ); estireno (styrene ); espuma de poliuretano ( polyurethane rigid foam ); tolueno ( toluene );

•

Producción de elementos para hormigón: cemento portland ( portland cement ); arena (sand ); grava (gravel ); agua ( drinking water );

•

Producción de combustibles: gas natural ( natural gas processed ); diesel ( diesel ); carbón (hard coal mix ); carbón ( anthracite coal );

•

Combustión de hidrocarburos: fuel oil residual ( residual fuel oil combusted in industrial  boiler ); diesel (diesel combusted in industrial boiler ); gas natural ( natural gas combusted  in industrial boiler ); nafta (gasoline combusted in equipment ); carbón ( anthracite coal  combusted in industrial boiler ) ; gas licuado de petróleo ( liquefied petroleum gas  combusted in industrial boiler ), carbón ( bituminous coal combusted in industrial boiler ); gas natural ( thermal energy from natural gas );

•

Transporte: camión de carga ( diesel powered combination truck ); tren de carga ( diesel  powered train ); barcaza ( average fuel mix barge ).

Se incluyen las nomenclaturas originales del software (en inglés).

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Como fuera dispuesto en el alcance de este trabajo, la energía para la producción y transporte de todos los materiales que utiliza INVAP Ingeniería S.A. para la fabricación del aerogenerador se evalúan mediante datos de procesos estándar elaborados en países de la Unión Europea y Estados Unidos de América. Se cree, sin embargo, que además de ser una de las bases de datos más completa disponible en la actualidad, al tratarse de procesos de industria pesada las diferencias entre los procesos realizados en Argentina y en aquellos donde se elaboraron los datos no debería ser sustancial. En cuanto al transporte, si bien se encuentra incluido para algunos procesos primarios en forma genérica, en su gran mayoría no son evaluados puntualmente para nuestro país. De todas formas, para estimar la diferencia que podría existir por su inclusión/exclusión del sistema se hizo una aproximación a modo informativo. Bajo un escenario conservador de transporte de todo el material (excepto arena, grava y agua) por una distancia de 1500 km en camiones para larga distancia representaría una diferencia cercana al 1%.

4.2.2 Procesos secundarios o dentro del alcance de INVAP Ingeniería S.A. La recopilación de información sobre maquinarias y procesos que se realiza internamente comenzó con consultas al personal en el área de producción y el registro de las características y/o modelos de equipamiento utilizado. Esta información se complementó con la búsqueda de las características de cada equipo, fundamentalmente su potencia eléctrica. En los casos en que no fue posible hallar las características específicas de la maquinaria, se asignaron consumos en base a otras que cumplen funciones similares. Los casos particulares de los procesos de corte láser de piezas de acero y el arenado de las mismas, también fueron estimados debido a falta de información específica. Las potencias de las máquinas se obtuvieron mediante catálogos técnicos y comerciales, utilizando modelos que puedan cumplir con la funciones requeridas y procurando valores conservadores.

Máquina

Función

Potencia [kW]

Tiempo de uso [h]

Horno eléctrico Taladro de banco Soldadora tipo MIG Soldadora por arco y electrodo revestido Torno paralelo Torno paralelo Fresadora Taladro de mano Corte láser Amoladora de mano Soldadora eléctrica Arenadora con compresor

Alivio de tensiones de soldaduras Agujereado Soldaduras Soldaduras Producción de piezas Producción de piezas Producción de piezas Agujereado Corte de placas de metal Corte de piezas de metal Soldaduras de circuitos eléctricos Pulido de partes de metal

5,5 1,5 9,7 25,2 7,6 4,1 1,1 0,8 4,0 2,0 0,2 4,0

3 5,5 28,5 7,2 26 12,5 3 2,1 1,8 10,9 2 10

Tabla 13. Inventario de máquinas para producción de aerogeneradores incluidas en el análisis.

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5. Análisis de impacto A partir del Inventario de Ciclo de Vida y mediante el modelado mixto propuesto para este trabajo se obtuvo la energía total que se requiere a lo largo de la vida útil 22 del sistema en estudio. La energía que se utiliza para los procesos involucrados en las distintas etapas del estudio tienen distintos orígenes, siendo principalmente energía térmica proveniente de hidrocarburos, con una baja participación de energías renovables en todo el proceso. Por este motivo, los resultados se expresan en megajoules (MJ), los cuales han sido obtenidos en su mayoría mediante el volumen de combustibles consumidos en los distintos procesos productivos, multiplicados por sus correspondientes contenidos energéticos específicos (poder calorífico). Se presentan los resultados en forma absoluta y luego en términos relativos a la Unidad Funcional establecida para el estudio. Debe recordarse que en este análisis, los materiales para los cuales se calcula la energía necesaria para producirlos y transportarlos incluyen también los desperdicios o residuos que fueron mencionados en secciones anteriores. 5.1 Resultados absolutos

La Tabla que se presenta a continuación muestra la energía que es necesaria para la producción de los materiales que luego, a través de procesos dentro del alcance de INVAP Ingeniería S.A., conforman cada uno de los componentes del sistema. Dichas energías son las obtenidas mediante el uso del software GaBi y provienen de procesos industriales generales e incluyen el material que se propone como desperdicio a lo largo de los procesos de fabricación. Componente

Energía

Unidad

Porcentaje

Rotor Eólico Generador Electrónica Torre Pieza Soporte Orientación y Control Sistema Eléctrico Otros Insumos y Mantenimiento Total

848 1.451 1.703 11.337 913 891 241 3.019 20.403

MJ MJ MJ MJ MJ MJ MJ MJ MJ

4,16 7,11 8,35 55,57 4,47 4,37 1,18 14,80 100

Tabla 14. Energía para la fabricación de los materiales que forman parte de los componentes del sistema.

22

La fase final de la vida útil del sistema, correspondiente a la desinstalación y disposición final o tratamiento de los materiales fue omitida por los motivos detallados en el Alcance del estudio pero puede verse un escenario teórico propuesto en la sección Análisis de Sensibilidad.

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Para obtener la energía total requerida por componentes a los valores presentados en la Tabla 14 hay que añadirle la energía consumida dentro del alcance de INVAP Ingeniería S.A. la cual es de 8273 MJ distribuida de la siguiente forma: Pieza soporte (40%), Orientación y Control (22%), Torre (17%), Generador (13%), Sistema Eléctrico (4%), Rotor Eólico (3%) y Electrónica (1%).

Fase del Ciclo de Vida

Energía

Unidad

Porcentaje

Fabricación Instalación Mantenimiento Total

28.454,28 4.472,66 33.261,87 66.188,81

MJ MJ MJ MJ

42,99 6,76 50,25 100

Tabla 15. Energía por fase del ciclo de vida.

La Tabla anterior muestra el consumo total de energía durante el Ciclo de Vida del sistema, diferenciado por fase, y posee todos los flujos de energía contemplados en este estudio: la producción de materiales, los procesos de fabricación,el desperdicio de material y el transporte que hay en la fabricación, instalación y mantenimiento.

Imagen 11. Energía para fabricar los materiales que forman parte de los componentes del sistema.

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Imagen 12. Energía por fase del ciclo de vida.

5.2 Resultados relativos a la Unidad Funcional

La forma en que se presentan los resultados en los Análisis de Ciclo de Vida, y que facilitan la comparación entre productos o sistemas que cumplen una misma función es hacerlo en relación a la Unidad Funcional, que en el caso de un aerogenerador es 1 kWh de energía entregado al consumidor 23.

Componente

Energía relativa

Unidad

Porcentaje

Rotor Eólico Generador Electrónica Torre Pieza Soporte Orientación y Control Sistema Eléctrico Otros Insumos y Mantenimiento Total

0,005 0,009 0,010 0,066 0,005 0,005 0,001 0,018 0,120

MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh

4,16 7,11 8,35 55,57 4,47 4,37 1,18 14,80 100

Tabla 16. Energía para la fabricación de los componentes del sistema expresada en términos relativos respecto de la Unidad Funcional. 23

Para obtener estos valores relativos se dividen los resultados absolutos por la cantidad de energía producida por el sistema a lo largo de su vida útil, la cual es 170.493 kWh, incluidas las pérdidas en la transmisión.

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Imagen 13. Energía para la fabricación de los componentes del sistema expresada en términos relativos respecto de la Unidad Funcional.

Imagen 14. Energía por fase del ciclo de vida expresada en términos relativos respecto de la Unidad Funcional.

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Fase del Ciclo de Vida

Energía

Unidad

Porcentaje

Fabricación Instalación Mantenimiento Total

0,17 0,03 0,19 0,39

MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh MJ/kWh

42,92 6,67 50,41 100

Tabla 17. Energía por fase del ciclo de vida expresada en términos relativos respecto de la Unidad Funcional.

Como puede observarse, si se analiza la energía consumida por fase del ciclo de vida, la fase de mayor consumo es el mantenimiento. En esta última, el transporte, realizado íntegramente mediante vehículos livianos (camioneta tipo pick up ), representa aproximadamente el 97% de la energía. La energía para fabricar las piezas y materiales de acero, fibra de vidrio y resina que serán repuestos durante las rutinas de mantenimiento aportan algo más del 2% y la energía restante lo aportan otros materiales. En cuanto a la fabricación, la torre es por lejos el componente con mayor demanda energética debido a su masa (544,05 kg de materiales con procesamiento industrial). Los principales consumos de energía para dicho conjunto se deben a las distintas partes de acero (76%), transporte (16%) y cemento (7%). También puede notarse que la energía consumida por procesos dentro del alcance de INVAP Ingeniería S.A. (8.273 MJ) representa el 30% de la energía total de los procesos de fabricación (28.454 MJ) siendo el otro 70% consumido en los llamados procesos primarios (p.e. producción de placas de acero en la industria siderúrgica). Otros materiales que poseen una carga energética específica destacable, si bien no tienen un gran peso energético en el total debido a que sus masas son pequeñas en términos relativos, son la fibra de vidrio y la resina (17 y 35% respectivamente de la energía para producir los materiales del componente Rotor eólico), la pintura epoxi (69% de la energía para producir los materiales del componente Otros insumos y mantenimiento) y el aluminio (casi 4% del total de energía para producir los materiales, pese a ser menos del 2% de la masa total).

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6. Balance energético

Con la información que fue generada para el Análisis de Ciclo de Vida del aerogenerador IVS  4500  es posible realizar un balance energético entre la energía que es producida durante el funcionamiento de la turbina eólica y la necesaria para fabricarla, instalarla y operarla a lo largo de su vida útil. Este balance, además de ser representado por un índice o proporción, puede ser expresado en términos de tiempo de funcionamiento de la máquina necesario para producir la energía que se consume en las distintas etapas. Si bien existen diferencias conceptuales entre la energía producida por el aerogenerador (eléctrica) y la que se utiliza para su producción (principalmente térmica y una proporción menor eléctrica24), estos indicadores homogeneizan los valores para obtener un resultado que sirva para ilustrar el balance energético del sistema en estudio. Es necesario además mencionar que los procesos que fueron tenidos en cuenta para el cálculo de la energía consumida contemplan la energía calórica necesaria para impulsarlos. En otras palabras, si se propusiera que la energía eléctrica consumida en los distintos procesos proviene de fuentes que no precisan de otros combustibles para producir electricidad (p.e. hidroeléctrica o solar) el balance energético sería más favorable. Esto último puede observarse en el indicador de Tiempo de Retorno de  Energía Primaria (TREP) utilizado más adelante. El indicador del desempeño energético en función del tiempo de producción puede denominarse Tiempo de Retorno de Energía  (TRE)25y puede expresarse mediante la ecuación que sigue:

TRE =

Energía requerida por la instalación eólicadurante el ciclo de vida ×VU   Energía producida durante el ciclo de vida

Ecuación 1. Tiempo de Retorno de Energía, expresado en años. VU : Vida útil.

Analizado desde esta perspectiva, el tiempo necesario para que el aerogenerador produzca la energía que fue necesaria invertir para sus distintas etapas del ciclo de vida es en nuestro caso aproximadamente 2,2 años 26. Si consideramos la energía primaria que fue necesaria utilizar para generar la energía consumida en las distintas fases del ciclo de vida, contemplando eficiencias promedio o típicas para generación térmica, podemos entonces estimar el TREP.

24

La proporción entre un tipo de energía y otra depende fundamentalmente de la matriz energética del país donde se produce la máquina, los procesos que intervienen en la producción y otros procesos llevados a cabo durante la vida útil del sistema (p.e. el transporte).

25

En trabajos en idioma inglés pueden encontrarse Energy Pay Back Time (EPBT) y Return On Energy, como denominaciones comunes.

26

Energía requerida por la instalación eólica durante el Ciclo de Vida (66.189 MJ); Energía producida a nualmente (613.775 MJ).

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 Energía requerida por la instalación eólica durante el ciclo de vida ×η Producción TREP = ×VU   Energía producida durante el ciclo de vida

Ecuación 2. Tiempo de Retorno de Energía Primaria, expresado en años. VU : Vida útil.

Utilizando una eficiencia ( ηProducción) promedio de matrices energéticas nacionales de 0,35 obtenemos entonces un TREP de aproximadamente 0,7 años (poco más de 8 meses). Estos dos indicadores tienen, sin embargo una limitante para ser realizar comparaciones ya que, como ha sido señalado en trabajos sobre la temática 27, no refleja claramente la vida útil de un producto, solo se circunscribe a señalar el tiempo necesario para recuperar la energía consumida por el sistema. Incluso para máquinas con vida útil mínima establecida por norma (20 años) se cree conveniente la comunicación mediante este otro enfoque. Por dicho motivo, se ha propuesto la utilización un indicador adimensional que podemos denominar Factor de Rendimiento  Energético  (FRE)28, el cual muestra simplemente cuantas veces es recuperada la energía invertida en el sistema eólico por el funcionamiento del aerogenerador durante toda su vida útil.

 FRE =

Energía producida durante el ciclo de vida  Energía requerida por la instalación eólica durante el ciclo de vida

Ecuación 3. Factor de Rendimiento Energético.

Utilizando este indicador, el sistema estudiado en este trabajo tiene un FRE de 9,3 es decir que la energía producida a lo largo de la vida útil de la máquina equivale a más de 9 veces la energía invertida según nuestro modelo.

27

28

. R.H. Crowford,  Life cycle energy and greenhouse emissions analysis of wind turbines and the effect of size on energy yield  Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009. En trabajos en idioma inglés puede encontrarse como Energy Yield Ratio (EYR).

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7. Análisis de sensibilidad

7.1 Vida útil del aerogenerador

La vida útil de un aerogenerador es un factor fundamental en el desempeño energético de la máquina a lo largo de su ciclo de vida, pudiendo influir sustancialmente en el balance energético. Si bien la vida útil de la máquina y del resto de los componentes del sistema puede verse alterada por muchos factores, y persiste aun un importante grado de incertidumbre debido principalmente al reciente comienzo de su fabricación, en la industria de la energía eólica se ha establecido como regla general que el plazo debe ser no menor a 20 años. Dicho valor es superado regularmente si se realiza el mantenimiento adecuado de la máquina y se reemplazan los componentes que han sufrido un desgaste considerable (principalmente piezas móviles). En función de lo anterior, para este trabajo se asume que se llevarán adelante el mantenimiento y recambio de piezas necesarios para asegurar una vida útil mayor a 20 años.

7.1.1 Disminución de la vida útil del aerogenerador En primer lugar se propone el análisis del impacto que tendría en el balance energético la disminución de la vida útil del sistema en cinco años. En este caso, debe reducirse la producción eléctrica total, así como también restarse la energía involucrada en la rutina de mantenimiento propuesta, manteniéndose el resto de las variables constantes. Para este escenario hallamos que una reducción de 5 años en la vida útil del sistema provoca una merma en el Factor de Rendimiento Energético de un 15% (FRE=7,93). El indicador TRE, a se vez, se ve reducido también pero en en menor medida (12%), obteniendo para este caso un Tiempo de Retorno de Energía de 1,89 años 29.

7.1.2 Incremento de la vida útil del aerogenerador La extensión de la vida útil, por su parte, bajo los mismos supuestos que para la disminución, genera un aumento del Factor de Rendimiento Energético del 11% (FRE=10,32) y un incremento en el TRE del 13%, con un tiempo aproximado de 2,42 años para recuperar la energía invertida en las distintas fases del ciclo de vida.

29

Manteniendo constantes las variables energía de fabricación e instalación, la distancia recorrida para mantenimiento, y la producción de energía anual entonces la ecuación TRE es función proporcional respecto de la vida útil del sistema.

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7.2 Escenarios de viento

Como fuera propuesto en el alcance del trabajo, se analizó la influencia que posee en el balance energético la velocidad de viento en el sitio de instalación. Para el trabajo se utilizó como velocidad media anual de viento 7,55 m/s, medida a 10 metros sobre el terreno, la cual se considera representativa de una amplia porción de la región patagónica. Además de dicha velocidad, se analizaron otras tres utilizadas por la industria eólica para la clasif icación de las turbinas de alta potencia 30.

Denominación del sitio

Velocidad media anual de viento

Producción anual de energía

IEC Clase I

9,9 m/s

13.595 kWh

8,5 m/s

9.794 kWh

7,6 m/s

8.525 kWh

6,1 m/s

5.286 kWh

Viento fuerte

IEC Clase II Viento medio

IEC Clase III Viento leve

Clase IV Viento muy leve

Tabla 18. Energía producida anualmente por el sistema, disponible para su utilización.

La tabla anterior resume la energía que es producida por el sistema y que puede ser aprovechada por el usuario, es decir que están contempladas las pérdidas en la transmisión, regulación y pérdidas por tiempo en que la máquina no se encuentra disponible para funcionamiento. En función de dichas producciones se obtienen las siguientes variaciones en los indicadores de desempeño energético.

Denominación del sitio

Factor de Rendimiento Energético (FRE)

Tiempo de Retorno de Energía (TRE)

IEC Clase I

14,79

1,35

10,65

1,88

9,27

2,16

5,75

3,48

Viento fuerte

IEC Clase II Viento medio

IEC Clase III Viento leve

Clase IV Viento muy leve

Tabla 19. Indicadores de desempeño energético para distintos escenarios de viento.

30

Ver detalle en Anexo B. Producción energética.

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Ignacio Sagardoy

Como es de esperarse, la velocidad de viento posee una importante influencia en el balance energético del sistema ya que la producción eléctrica es proporcional a la función cúbica de aquella. Se encuentran diferencias de 59% y 38% entre el FRE calculado para el estudio y los factores para las mejores y peores condiciones de viento propuestas, respectivamente. Asimismo, en este análisis puede observarse que tanto el Factor de Rendimiento Energético como el Tiempo de Retorno de Energía se ven mejorados con un escenario de viento más favorable. Respecto del TRE también puede señalarse que incluso en condiciones de viento muy leve, el balance energético global continua siendo ampliamente positivo, recuperándose la energía invertida a lo largo del ciclo de vida del sistema en aproximadamente 3 años y medio. Fue analizado también el efecto que tiene el aumento de la altura de la torre usada en la instalación. Esto fue incluido dentro del análisis de escenarios de viento dado que, en términos generales, a medida que se aumenta la altura sobre el nivel del terreno se registran mayores velocidades de viento para un lugar determinado. Utilizando la información de viento que provee el sitio del Mapa Eólico Nacional, junto con el software HOMER se obtuvo una producción anual neta de energía de 9.440 kWh y 11.360 kWh para un sitio con una velocidad anual media de 7,5 m/s y 8,32 m/s a una altura de 10 m y 20 m sobre el terreno, respectivamente 31. Esto equivale a una diferencia de 1.920 kWh o 6.912 MJ por año entre las producciones a las dos alturas mencionadas. A su vez, para calcular los indicadores de desempeño energético se estimó la energía extra necesaria para duplicar la altura de la torre, para lo cual se asumió que se duplica el consumo de materiales y la energía de procesos y transporte. Esta energía suma en conjunto unos 15.821 MJ (11.336 MJ de procesos primarios para fabricar materiales, 1.412 MJ de procesos de fabricación secundarios, y 3.073 MJ por transporte). Con estos valores, se observó una ligero decrecimiento del FRE (2,9%), lo cual se debe a que si bien la energía extra para duplicar la altura de la torre se recupera totalmente debido al incremento de la producción energética, esto es logrado en aproximadamente 2,3 años, superando levemente el TRE original. En términos absolutos el aumento de la altura de la torre genera un aumento en la producción de energía anual de 6.912 MJ, lo que representa unos 138.240 MJ a lo largo de todo el ciclo de vida y supera ampliamente los 15.821 MJ necesarios para duplicar la altura. En conclusión, el aumento de la altura de la torre logra incrementar la energía total obtenida por el sistema aunque en términos relativos, los indicadores de desempeño energético disminuyen levemente.

7.3 Variaciones en distancias y transporte

Otro análisis de sensibilidad propuesto para este trabajo consiste en la evaluación del grado de afectación que posee en el balance energético la variación en la distancia entre la planta de INVAP Ingeniería S.A. y el sitio de instalación del aerogenerador, así como también modif icaciones en las distancias que realizan los distintos tipos de transporte y en las rutinas de mantenimiento de las instalaciones. 31

Si se compara con la producción energética del ACV para una velocidad de 7,55 m/s se observa que en este caso es mayor pese a que la velocidad es levemente inferior (7,5 m/s), esta diferencia se debe al efecto que posee la densidad del aire en el cálculo. Para este análisis de sensibilidad utilizaron los valores de un lugar a una menor altura que en el otro caso.

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7.3.1 Modificación en la distancia total al sitio de instalación En este análisis se mantienen aproximadamente las proporciones que realiza cada tipo de transporte (camiones para larga y corta distancia y camionetas tipo pick up ), en cada salida para mantenimiento involucra dos instalaciones y el resto de variables del ACV se mantienen constantes. Distancia Neuquén a sitio de instalación [km] 2.000 1.500 1.000

Energía de transporte [MJ]

Energía consumida total [MJ]

Producción anual de energía [MJ]

FRE

Variación [%]

TRE

Variación [%]

52.054 37.514 26.550

80.729 66.189 55.225

30.689 30.689 30.689

7,60 9,27 11,11

-18 0 20

2,63 2,16 1,80

22 0 -17

Tabla 20. Indicadores de desempeño energético para distintos escenarios de distancia entre la fábrica de aerogeneradores y el sitio de instalación.

En este caso podemos ver que el transporte también tiene una influencia importante en los indicadores energéticos, causado especialmente por la distancia a recorrer en camioneta para realizar el mantenimiento a lo largo de los 20 años de vida útil. Esta última tarea involucra el 87% de la energía de transporte para el escenario de mayor distancia y el 86% para el sitio de instalación más cercano a la fábrica de INVAP Ingeniería S.A.

7.3.2 Modificación en las distancias recorridas por tipo de transporte En este caso se utiliza el escenario de distancia utilizado para el ACV pero se varía la distancia entre el centro de distribución teórico de los equipos de INVAP Ingeniería S.A. y el sitio de instalación. Fundamentalmente, este análisis se enfoca en las implicancias que tiene el transporte en camioneta en la energía que se consume a lo largo del ciclo de vida de la máquina. Manteniendo entonces constantes el resto de variables, pero aumentando y reduciendo en 250 km la distancia entre el centro de distribución y el sitio de instalación se obtienen los siguientes desempeños. Distancia centro distribución a sitio de instalación [km] 750 500 250

Energía de transporte [MJ]

Energía consumida total [MJ]

Producción anual de energía [MJ]

FRE

Variación [%]

TRE

Variación [%]

55.394 37.514 19.633

84.070 66.189 48.308

30.689 30.689 30.689

7,30 9,27 12,71

-21 0 37

2,74 2,16 1,57

27 0 -27

Tabla 21. Indicadores de desempeño energético para distintos escenarios de distancia entre el centro de distribución y el sitio de instalación del aerogenerador.

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A través de este análisis puede notarse el importante efecto que tiene la forma en que se realiza el transporte, y la mejora en los indicadores energéticos que puede alcanzarse mediante la reducción de las distancias que se requieren para el mantenimiento de la instalación.

7.3.3 Modificación en la rutina de mantenimiento Dada la influencia que se observó en el rendimiento energético del sistema según la distancia recorrida para realizar el mantenimiento, se plantea en este análisis de sensibilidad la diferencia en el gasto energético según se realice el mantenimiento de una, dos, o tres instalaciones. El escenario de distancias se mantiene idéntico al planteado para el Análisis de Ciclo de Vida, al igual que el resto de variables, modificándose únicamente el prorrateo del gasto energético para realizar el mantenimiento según el número de instalaciones que estén incluidas en cada salida. Cantidad de instalaciones

Energía de transporte [MJ]

Energía consumida total [MJ]

Producción anual de energía [MJ]

FRE

Variación [%]

TRE

Variación [%]

1 2 3

70.014 37.514 26.680

98.689 66.189 55.356

30.689 30.689 30.689

6,22 9,27 11,09

-33 0 20

3,22 2,16 1,80

49 0 -16

Tabla 22. Indicadores de desempeño energético para distintos escenarios de mantenimiento de instalaciones.

Mediante este análisis puede observarse el importante nivel de influencia que posee la coordinación de los trabajos de mantenimiento de instalaciones. Esto es especialmente cierto en la diferencia entre realizar el mantenimiento a una instalación o dos, observándose una diferencia cercana a un año en el tiempo necesario para recuperar la energía invertida en el ciclo de vida del sistema.

7.4 Fin de vida útil – Reciclado

El fin de la vida útil de los aerogeneradores de baja potencia se encuentra mayoritariamente bajo la responsabilidad de los usuarios, no existiendo protocolos definidos al respecto. Este es el caso también de la turbina eólica fabricada por INVAP Ingeniería S.A., por lo que inicialmente no se incluyó esta etapa en el Análisis de Ciclo de Vida llevado a cabo, con el fin de representar apropiadamente la realidad. Sin embargo, se considera pertinente una evaluación aproximada de las repercusiones en términos energéticos que tendría una recuperación del sistema al fin de la vida útil con un reciclado de los principales componentes.

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En este análisis de sensibilidad se propone por lo tanto contemplar la energía involucrada en el traslado del aerogenerador, torre y elementos del sistema (excluyendo hormigón) hasta la ubicación del distribuidor encargado de la instalación y mantenimiento, y desde allí en transporte de carga de larga distancia hasta Buenos Aires, donde se supone se realiza el reciclado. Por otro lado, se obtendrá un “crédito” energético por el reciclado de piezas de acero, aluminio y cobre. La cantidad de material a reciclar se asume que es el 80% del total inventariado en el ICV; la energía para producción es la propuesta por el software utilizado para el ACV (en el caso del acero se utiliza la energía para producción de tochos de acero estándar) y el porcentaje es un aproximado conservador en función de valores típicos 32. Material

Cantidad reciclada [kg]

Energía para producción [MJ/ton]

Energía recuperada [MJ]

170.492

Porcentaje de energía recuperado [%] 90

Aluminio

3,1

Acero

346,9

21.526

60

4.480

Cobre Total

2,5

11.873

80

24 4.980

476

Tabla 23. Recupero de energía por reciclaje al fin de la vida útil del sistema.

Carga transportada

Peso [kg]

Tipo de transporte

Aerogenerador y torre

535

Camioneta diesel

Aerogenerador y torre

535

Camión larga distancia

Objeto o función del transporte Traslado desde sitio de instalación a distribuidor Traslado desde distribuidor hasta Bs.As.

Distancia [km]

Consumo específico

Energía

500

3,61 MJ/km

877

2600

0,63 MJ/km.t

1.805

Total

2.682

Tabla 24. Consumo de energía para traslado de aerogenerador y torre para reciclado.

Tenemos entonces que en caso de realizarse una recuperación del aerogenerador, torre y demás elementos y un posterior reciclado de las partes, se obtendría un saldo energético a favor de 2.298 MJ. En dicho caso, los indicadores energéticos resultarían en un Factor de Rendimiento Energético de 9,6 y un Tiempo de Retorno de Energía de 2,1 (variaciones de 3,6% y -3,5%, respectivamente). Esto muestra que, independientemente de otros aspectos ambientales, económicos o sociales, la desinstalación de sistemas eólicos de baja potencia no afectan sensiblemente el balance energético de su ciclo de vida.

32

Por ejemplo la Asociación de Reciclado de Metales Británica ( British Metal Recycling Association) cita como valores promedios para aluminio 95% de energía recuperada, acero entre 62-74%, y cobre 85%.

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8. Interpretación y conclusiones A través del análisis de las distintas fases del ciclo de vida del aerogenerador IVS 4500  fabricado por INVAP Ingeniería S.A. hemos podido observar los principales aspectos que afectan el rendimiento energético global del sistema. Este, por cierto, ha mostrado ser positivo incluso en escenarios altamente desfavorables, pudiéndose concluir que en términos de energía producida y consumida es una actividad sostenible. Puede notarse, mediante los resultados principales y especialmente frente a las variaciones obtenidas en los distintos análisis de sensibilidad, que si bien los mayores gastos energéticos del sistema se dan durante la producción y el mantenimiento, se podría llegar a mejorar de manera importante el balance energético ajustando las variables de ese último. La mejora en la producción, deseable en términos generales, implicaría la revisión y mejora de numerosos procesos, muchos de ellos fuera del alcance de la empresa. De esta forma se podrían lograr beneficios marginales que para traducirse en un cambio signif icativo necesitarían de esfuerzos nada despreciables. Por otro lado, trabajando en unos pocos aspectos referidos al mantenimiento se podría incrementar en forma notable el rendimiento energético del sistema. Esto podría alcanzarse aumentando la eficiencia en la logística y en la rutina de mantenimiento,minimizando los traslados en camioneta, incluyendo varias instalaciones en cada salida programada, o incluso aprovechando salidas por desperfectos para mantener instalaciones cercanas. Asimismo, un mantenimiento constante durante la vida útil podría no sólo reducir los tiempos en los que la máquina no está funcionando por desperfectos, sino que a través del mismo se podría extender la vida útil del sistema. Ambas mejorías, redundarían en un aumento de la producción eléctrica total, mejorando de ese modo el rendimiento energético del sistema. Relacionado con el párrafo anterior, también puede señalarse que en general los aerogeneradores de baja potencia no se vuelven obsoletos del mismo modo en que lo hacen las turbinas eólicas de alta potencia. Esto es debido, en parte, al hecho de que la industria de alta potencia se encuentra avanzando rápidamente, llegando incluso a reemplazar parques eólicos enteros por equipos nuevos de mayor potencia antes de que se cumpla su vida útil. En cambio, en las instalaciones de baja potencia para pobladores aislados, la obsolescencia está ligada más a la demanda de energía del lugar, la cual en ocasiones puede mantenerse sin importantes alteraciones por largos períodos de tiempo. Otro aspecto a señalar respecto del mantenimiento, es el rol que podría tener una política fuerte del Estado en materia de electrificación rural, por ejemplo a través de programas como el PERMER33. Estos programas, extendiendo e intensificando su alcance, implementando rutinas de mantenimiento coordinadas, podrían reducir notoriamente los costos energéticos de estas tareas, reduciendo también fallas y roturas, y extendiendo la vida útil de los sistemas. En cuanto al fin de la vida útil del sistema en términos energéticos pareciera no existir una gran diferencia en un escenario que incluya la recuperación del material, según el análisis de sensibilidad llevado a cabo. Esto, de todas formas, no debiera constituirse como un justificativo para no ser incluido dentro de la responsabilidad que tiene el fabricante para con su producto y el usuario. Existen sobradas razones desde el punto de vista ambiental (p.e. el disminuir la presión sobre los recursos naturales al fomentar el reciclado) y social (mejora de la imagen de la industria eólica al evitar el abandono de equipos) como para que la rutina de desinstalación sea incorporada dentro del alcance de los trabajos del fabricante. 33

Proyecto de Energías Renovables en Mercados Rurales. http://energia.mecon.gov.ar/permer/permer.html

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La inclusión en este trabajo de los sistemas de almacenamiento de energía (p.e. mediante bancos de baterías) seguramente reduciría sensiblemente el rendimiento energético del sistema. Sin embargo, su exclusión ha estado justificada tanto por el alcance del trabajo, como por el grado de incertidumbre que agregaría a los resultados, al existir una amplia variedad de opciones para esta otra función. Era, a su vez, uno de los propósitos de este trabajo, acotar el análisis a una máquina, que posibilite en el futuro la comparación con otras que desempeñen el mismo trabajo, independientemente de las formas de almacenamiento, sean utilizadas estas o no. En un marco de diversas opciones para la producción eléctrica distribuida, la elección de una u otra debería sustentarse en análisis que sigan una metodología análoga y que contemplen los aspectos de todo el ciclo de vida de las mismas. Una interpretación indirecta de los resultados también podría sugerir la conveniencia de la generación distribuida conectada a la red, en cuyo caso se puede prescindir de sistemas de almacenamiento de energía. Pero esto solo aplica a situaciones en las cuales existe la posibilidad de conexión al sistema eléctrico interconectado. Cabe de todas formas, la pregunta de qué sucedería si el análisis -incluyendo o no el almacenamiento- diera un resultado negativo. Como se ha mencionado en las primeras secciones de este trabajo, el Análisis de Ciclo de Vida es una herramienta que por si sola no es suficiente para justificar o no una actividad. Además de cuestiones ambientales que pudieran ser evaluadas mediante estudios de impacto, existen variables económicas y sociales que deben ser abordadas indefectiblemente. Esta última cuestión, la social, no puede ser soslayada dada la función que cumplen los sistemas energéticos distribuidos, especialmente en un país con las características geográficas y demográficas como Argentina. La necesidad de llevar energía a aquellos sitios aislados trasciende los balances energéticos para configurarse en una necesidad y un derecho, los cuales debieran verse reflejados en las políticas llevadas adelante por el Estado y por la sociedad en su conjunto. Finalmente, es el deseo del autor que la industria en general, y la eólica en particular, siga siendo analizada rigurosamente para mejorar su desempeño ambiental, sin olvidar nunca el fin social que deben cumplir los productos y los medios de producción.

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Anexo A. Descripción general de los componentes del aerogenerador

La turbina IVS 4500  fabricada por INVAP está compuesta por aproximadamente 615 piezas (196 componentes distintos). Para realizar una descripción general del sistema para este trabajo se han separados en los grupos de componentes que se detallan a continuación: Rotor Eólico; Generador; Orientación y control (O&C); Pieza soporte; Electrónica; y Torre.

Imagen 15. Esquema ilustrativo de los componentes del aerogenerador.

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A1. Rotor eólico

El Rotor eólico está compuesto principalmente por las palas, placas de apoyo, nariz, bulones y accesorios menores. Las dos palas de aproximadamente 2 metros de largo son fabricadas con fibra de vidrio, resina y espuma de poliuretano mediante laminado manual. Para este proceso se utiliza un molde realizado a partir de una pieza original, también realizado en fibra de vidrio reforzada con resina plástica y una estructura de acero.34 Las placas de sujeción conectan a las palas con el eje de rotación del generador eléctrico y están fabricadas en acero. La nariz cumple una doble función: mejora levemente el rendimiento aerodinámico de la máquina al desviar el flujo de aire en el centro del rotor eólico donde no hay aprovechamiento energético y además protege los componentes que se encuentran detrás (principalmente el generador eléctrico). Esta pieza está compuesta también por fibra de vidrio y resina.

A.2 Generador

El Generador está compuesto por una carcaza, imanes, maza, rodamientos, cuerpo del bobinado, bobinado, bulones y accesorios menores. La carcaza es una estructura de forma cilíndrica en donde se asientan los imanes y es realizada mediante fundición. Los imanes, por su parte, son de tipo cerámicos y permanentes, compuestos principalmente por óxidos de hierro. La maza es una pieza de acero en donde se asientan los rodamientos que permiten el movimiento de todo el conjunto rotatorio del generador. Esta pieza está fabricada en acero. Los rodamientos son los que conectan la parte móvil principal del aerogenerador con la parte estática, en el plano vertical y están compuestos principalmente por acero aleado. El cuerpo del bobinado consiste en un apilado de chapas de aleación de acero con propiedades especiales y cumple una función magnética y otra de soporte de las bobinas por donde circula la corriente eléctrica. El bobinado consiste en arrollados de cobre esmaltado conectados de una forma específica entre sí, de manera de generar energía eléctrica con las características deseadas.

A3. Orientación y control

Este subsistema está compuesto por una cola, alerón, amortiguador, piezas estructurales secundarias, bulones y otros accesorios menores.

34

El molde se estima que debe resistir la fabricación de unas 50 palas antes de ser reemplazado, pese a que en el caso particular del molde que utiliza en la actualidad INVAP Ingeniería S.A. dicho valor ha sido superado sensiblemente. En este ACV se adopta un valor de 1/25 parte de los materiales utilizados en la fabricación del molde por cada aerogenerador fabricado.

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La cola consiste principalmente de un caño de acero de sección circular, junto con otras piezas de acero soldadas que sirven para su sujeción, la del alerón de policarbonato y el amortiguador que regula el funcionamiento del sistema.

A4. Electrónica

La electrónica del sistema está compuesta por componentes típicos como procesadores, plaquetas, cables, disipadores y estructuras metálicas como cajas o gabinetes que hacen la función de soporte y protección de dichos componentes.

A5. Sistema eléctrico

El sistema eléctrico está compuesto por los elementos que colectan la energía eléctrica producida por el generador y la transmiten hasta el gabinete de electrónica donde se la regula. Los principales componentes son pistas de cobre y carbones, piezas varias de plástico y metal, y el conductor eléctrico.

A6. Pieza soporte

La denominada pieza soporte es el componente en donde se apoya directa o indirectamente el resto de los subconjuntos que forman parte del aerogenerador, funcionando a su vez como nexo con la torre. Este conjunto está elaborado a partir de distintas piezas de acero.

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Anexo B. Producción energética

Uno de los aspectos claves en el balance energético de un aerogenerador es la producción energética que realiza durante su ciclo de vida. Este valor depende de varios factores, pero principalmente de las velocidades de viento que es esperable encontrar en el sitio de instalación del aerogenerador. Para ilustrarlo, a continuación se presenta una ecuación simplificada de la potencia que puede extraerse del recurso eólico con una turbina eólica convencional. 3

kg  1 2 3 m  P [ W  ]= . ρ[ 3 ] . A [ m ] . V  [ 3 ] .C  P [ adimensional ] 2 m  s

Ecuación 4. Potencia captada de la energía del viento, donde ρ es la densidad del aire, A es el área del rotor del aerogenerador, V es la velocidad del viento y C  p es el coeficiente de potencia (medida de la fracción de potencia que es captada efectivamente por el aerogenerador).

Como puede observarse, la potencia, y con ella la energía que puede aprovecharse del viento, depende especialmente de la velocidad de viento que afecte al aerogenerador, estando la misma potenciada al cubo. Por este motivo es que el estudio del potencial eólico de un sitio, especialmente en eólica de alta potencia, posee una gran relevancia para un correcto diseño de una explotación de este recurso renovable. En el caso de un Análisis de Ciclo de Vida como el presente, en donde el resultado del balance de energía y los parámetros para caracterizar la máquina están tan estrechamente ligados a la producción eléctrica, es necesaria una estimación de dicho valor que sea representativa de la realidad. Para ello, se tuvo en cuenta las velocidades de viento registradas principalmente en la región patagónica, destino principal de la producción de estas máquinas. Mediante la consulta al Sistema de Información Geográfico - Mapa Eólico Naciona l35, elaborado por el Ministerio de Planificación Federal Inversión Pública y Servicios 36, se obtuvo un panorama general de las velocidades de viento esperables en la región. Una extensa y mayoritaria proporción de la región patagónica, entendida esta última como aquella que se extiende desde el margen sur del río Colorado hasta el extremo sur de la Isla Grande de Tierra del Fuego, registra velocidades medias anuales superiores a los 7 m/s a una altura de 10 metros sobre la superficie del terreno. Se considera entonces que una velocidad cercana a dicho valor es lo suficientemente representativa como para realizar la estimación de la producción energética. Por otro lado, buscando también que el estudio use como referencia normas y estándares reconocidos se estableció como velocidad media anual para el realizar el ACV 7,5 m/s. Esta velocidad es la definida por la Norma IEC 61400 37 para caracterizar aerogeneradores de Clase III, para condiciones de bajo viento. 35

www.sigeolico.com.ar/frameset.php

36

www.minplan.gov.ar

37

International Standard IEC 61400-1. Wind turbines - Part 1: Design requirements. International Electrotechnical Commission. Third edition, 2005.

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La elección de esta norma y parámetro de velocidad tuvo también otro objetivo: dado que el resultado del balance energético del estudio está tan influenciado por la velocidad de viento utilizada para la estimación de la producción energética, resulta indispensable realizar un análisis de sensibilidad respecto de esta variable. Para ello, se utilizarán otras tres velocidades de viento a la altura del centro del rotor de la máquina establecidas por normas para clasificar las turbina eólicas.38 Clase de aerogenerador

IEC Clase I Viento fuerte

IEC Clase II Viento medio

IEC Clase III Viento leve

Clase IV Viento muy leve

Velocidad media anual de viento

10 m/s

8,5 m/s

7,5 m/s

6 m/s

Tabla 25. Caracterización de aerogeneradores en función de la velocidad de viento.39

En función de la Tabla anterior, se utilizó la aplicación en línea  con la que cuenta el sitio del Mapa Eólico Nacional para buscar sitios dentro de la región patagónica que contaran con velocidades similares. La aplicación permite, a su vez, realizar estimaciones de producción energética de aerogeneradores (equipos reales con sus características básicas 40 predeterminadas en la aplicación o equipos personalizados con características definidas por el usuario) en un sitio cualquiera y brinda algunos datos sobre el viento de la zona. Mediante el uso de esta aplicación se ubicaron los siguientes sitios para ser utilizados en la estimación de producción del aerogenerador. Esto se hizo simplemente para ejemplificar con sitios reales y verif icables las velocidades medias de viento utilizadas en el trabajo. Denominación del sitio

Velocidad media anual de viento

Altura sobre el nivel del mar

IEC Clase I Viento fuerte IEC Clase II Viento medio IEC Clase III Viento leve Clase IV Viento muy leve

9,9 m/s

303 m.s.n.m.

8,5 m/s

1.422 m.s.n.m.

7,6 m/s

1.041 m.s.n.m.

6,1 m/s

105 m.s.n.m.

Ubicación en coordenadas 45º 49' 44'' S 67º 35' 14'' O 41º 16' 23'' S 70º 36' 24'' O 40º 9' 25'' S 69º 19' 3'' O 42º 31' 5'' S 64º 48' 18'' O

Ubicación aproximada Comodoro Rivadavia, Chubut Pilcaniyeu, Río Negro Piedra del Águila, Neuquén Puerto Madryn, Chubut

Tabla 26. Sitios utilizados para el cálculo estimado de producción energética.

Estos datos fueron ingresados en el software HOMER  junto con la constante característica de la distribución estadística de Weibull (dato también aportado por la aplicación del Mapa Eólico Nacional) y la Curva de Potencia del aerogenerador IVS 4500. El mencionado software es un “Modelo de Optimización de Híbridos Eléctricos Renovables” desarrollado originariamente por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de EE.UU. (NREL 41) para realizar simulaciones 38

La IEC ha utilizado la cla sificación Clase IV en la segunda edición de su norma IEC 61400-1 pero no la ha mantenido en todas sus versiones y/o actualizaciones. Para este trabajo, no obstante, se considera adecuada su inclusión en el análisis de sensibilidad más allá de si es de uso habitual o formal en la industria de energía eólica de alta potencia.

39

Esta clasificación también tiene en consideración otros factores como la velocidad de ráfagas de viento con ocurrencia cada 50 años y la turbulencia característica del viento, factores que no serán contemplados para este estudio.

40

Curva de potencia y altura del centro del rotor.

41

National Renewable Energy Laboratory. www.nrel.gov.

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de sistemas que utilizan fuentes autónomas de generación, conectadas o no a la red de distribución eléctrica. Con las corridas de este programa se obtuvieron los valores de producción anual de energía brutos para cada sitio contemplado para el ACV, los cuales fueron multiplicados por los 20 años esperados de vida útil de la máquina para obtener la energía total generada durante el ciclo de vida. Para corroborar la validez de estos datos se compararon con los obtenidos de la aplicación del Mapa Eólico Nacional, la cual permite también estimar datos de producción del aerogenerador estudiado cargando previamente su Curva de Potencia. Se obtuvieron valores que diferían entre sí entre 0,26% y un máximo de 7,08% para un caso, promediando entre todas las diferencias 3,72% por lo que se considera que los valores de producción obtenidos son válidos. La producción de energía bruta calculada con el HOMER esperada42 para el ciclo de vida de 20 años del aerogenerador se presenta a continuación:

Sitio IEC Clase III Viento leve

Producción anual

Producción para la vida útil

10.226 kWh

204.520 kWh

Tabla 27. Estimación de la producción energética realizada con el software HOMER para un sitio con una velocidad media anual de 7,55 m/s, a 1.041 m.s.n.m. y constantes de Weibull k=1,85 y λ=8,06.

Sin embargo, la producción estimada previamente no tiene en cuenta las pérdidas inherentes al sistema que se producen en las distintas fases de la transmisión de energía, razón por la cual fue denominada anteriormente como producción bruta . El cálculo de energía generada por la turbina eólica debe incorporar las pérdidas que se producen en los cables y en el regulador electrónico que forma parte de la instalación del aerogenerador, de forma de compatibilizarlo con la Unidad Funcional definida para este ACV. La pérdida que se produce en la electrónica se supone constante para todo el período bajo estudio y es de aproximadamente de un 10%, es decir que el proceso de regulación de las cualidades de la energía producida (tensión y corriente) tiene un rendimiento del 90%. Los cables, a su vez, causan otras pérdidas por efecto Joule  mientras conducen la energía eléctrica entre el generador y el usuario. Como fuera mencionado en la sección de Supuestos, la distancia entre la base de la torre y el límite de nuestro sistema es de 20 metros. A estos se les debe agregar la distancia vertical entre el generador y la base de la torre, de aproximadamente 10 metros. Por lo que se deben estimar las pérdidas de energía en la transmisión a lo largo de 30 metros de cable. De acuerdo con las especif icaciones del fabricante, la corriente se transmite desde el generador hasta el regulador electrónico mediante tres cables que pueden soportar hasta 16 Amperes de corriente43.

42

Se realiza bajo la suposición de que en 20 años no existirá un cambio significativo en el régimen de vientos.

43

Este es el valor declarado por el fabricante de cables IMSA, para los cables multipolares de 1,5mm2 de diámetro utilizados en forma aérea. Fuente: www.imsa.com.ar.

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En función de las características nominales del aerogenerador, se estima que puede llegar a circular una corriente máxima por cada cable de 8,54 Amperes aproximadamente. 44 Por lo que podemos calcular la pérdida de potencia en la transmisión con las siguientes ecuaciones: 2

2

 P  Perdida [ W  ]=3.I Línea [ A ] . R Conductor [

V  ]  A

R Conductor =ΩConductor [

V   A.km

] . L [ km ]

Ecuaciones 5 y 6. Pérdida de potencia en conductores por transmisión de corriente y Resistencia Ohmica de un conductor. Donde  I es la corriente que circula por el conductor,  R es la resistencia del conductor; ΩConductor es la resistencia en función de la distancia del conductor y  L es la longitud del conductor.

Para la estimación de la resistencia  RConductor  se utiliza el valor de caída de tensión por distancia que declara el fabricante de conductores, que en nuestro caso es de 21 Ω por kilómetro. Por lo que finalmente obtenemos una potencia perdida de 137,84 Watts, representando un 3,1% de la potencia nominal. Dado que ese porcentaje es el máximo teórico estimado, el cual ocurre únicamente en los momentos en que la máquina entrega la potencia nominal, y esta última situación se da en un porcentaje minoritario, se fija entonces una pérdida promedio de 2,5%. Restando la pérdida en la potencia por transmisión de energía y eficiencia del regulador electrónico, podemos obtener entonces la energía real que estaría siendo entregada al usuario a lo largo de la vida útil del aerogenerador. No obstante, esto último sería verdadero en el caso en que la máquina estuviera en condiciones de producir energía durante el transcurso de todo el período de tiempo en análisis. Con el objeto de que el Análisis de Ciclo de Vida sea representativo de la realidad es necesario también considerar los momentos en que la turbina no estará en condiciones de generar debido a las tareas de mantenimiento y posibles reparaciones que deban realizarse. Esto ha sido explicitado en la sección de Supuestos, donde se asume que durante los 20 años de la vida útil de la máquina se realizará un mantenimiento anual que obligará a detener el funcionamiento del sistema por dos días y también se propone incluir tiempos por posibles reparaciones por la que puede estar detenido el aerogenerador durante 325 días no consecutivos. 45 Los períodos improductivos totalizan entonces 365 días, los cuales representan el 5% del tiempo teórico sin detenciones, por lo que hay una disponibilidad del 95%, la cual será también considerada para obtener finalmente la producción neta.  Producción neta = Producciónbruta anual .t vida útil . ηelectrónica . ηtransmisión . disponibilidad 

Ecuación 7. Producción neta de energía durante la vida útil del aerogenerador. Donde Producción bruta anual es la producción energética del aerogenerador sin contemplar pérdidas por rendimientos o tiempos en que la máquina no esté apta para funcionar; t vida útil es la vida útil esperada de la máquina; ηelectrónica el rendimiento de la electrónica del sistema, ηtransmisión el rendimiento en la transmisión de la energía; y disponibilidad el tiempo neto en que el sistema está en condiciones de funcionamiento.

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Transmisión en 380 Volts y carga equilibrada. Se asume para el cálculo de la corriente por línea un cos conservador, de 0,8 y se utilizó la ecuación P = √ 3 . V   Linea . I   Linea . cos φ .

45

La elección de 325 días se hizo para obtener una disponibilidad del 95%. Este valor es algo menor que el 98% que estadísticamente se atribuye a los aerogeneradores de alta potencia . Fuente: “The Economics of Wind Energy, A report by the European Wind Energy Association”. Marzo de 2009.

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La ecuación anterior resume los conceptos contemplados en los párrafos anteriores, siendo la Producciónbruta anual la obtenida mediante la simulación con el HOMER;  t vida útil los 20 años estimados de producción; ηelectrónica el rendimiento del regulador electrónico, propuesto en 90%; ηtransmisión el rendimiento de la transmisión de energía mediante los conductores (cables), estimada en 97,5%; y disponibilidad de 95%. Incorporando todas las pérdidas entonces obtenemos finalmente una producción de energía neta durante la vida útil de 170.493 kWh. Este valor es aproximadamente el 83,4% de la energía bruta producida por el aerogenerador y es la energía real que dispone el usuario para su consumo, la cual debe ser utilizada para el cálculo del balance energético del aerogenerador IVS 4500 , de acuerdo a la definición de Unidad Funcional del trabajo.

Energía neta generada = 170.493 kWh

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Anexo C. Modelo de transporte

El modelo de transporte concebido para este trabajo tiene una gran importancia dado el peso que tiene en el gasto energético total. El mismo ha sido pensado en función de la dinámica real de INVAP Ingeniería S.A. y los procesos que se llevan adelante durante la vida útil de la máquina que producen. Sin perjuicio de ello, el escenario teórico propuesto ha intentado abarcar situaciones desfavorables en cuanto distancias para que el análisis sea conservador y pueda entonces establecerse un piso aplicable al resto de situaciones. A continuación se detallan las distancias y características de cada transporte incluido en el modelo.

Imagen 16. Modelo de transporte del Análisis de Ciclo de Vida.

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C.1 Energía específica para el transporte

Para el cálculo de la energía consumida en el transporte en sus distintas variables se han utilizado dos fuentes. Por un lado, para el transporte realizado mediante camión de carga para corta y larga distancia se ha utilizado como fuente los valores obtenidos de una publicación sobre análisis energético de construcción o arquitectura sostenible 46 . Dichos valores se expresan en función a la distancia y carga transportada, ya que se asume que el transporte se realiza en forma simultánea con otra carga. En el caso del transporte en camioneta, se ha optado por calcular manualmente la energía que se consume para realizar el transporte del equipo y el mantenimiento. Para que sea representativo el consumo de combustible para este tipo de transporte se buscaron datos del consumo de una camioneta tipo pick up  diesel doble cabina y tracción simple modelo Ford Ranger. Observando los consumos máximos correspondientes a manejo en ciudad y los mínimos para manejo en ruta, para motores de distintas cilindradas, se estima que un valor conservativo de consumo de combustible con el vehículo cargado (admite como máximo en la caja aproximadamente 800 kg) es de 10 litros cada 100 km. Para transporte con poca carga se propone un consumo de combustible de 9 litros cada 100 km. Con esos datos, más la densidad y el Poder Calorífico del diesel (Gas Oil), según la Secretaría de Energía de la Nación 0,845 kg/l y 10.200 kcal/l respectivamente, se obtiene una energía para este tipo de transporte de 3,61 MJ/km (transportando una carga de 0,8 t) y 3,21 MJ/km (carga de 0,2 t). 1 kcal = 4,184 kJ. Entonces fueron utilizados estos dos valores para el cálculo de la energía consumida en el transporte mediante este vehículo liviano según la tarea que realicen (instalación o mantenimiento) y en forma proporcional a la distancia. Estos cuatro consumos específicos sin embargo, no tienen incorporada la energía necesaria para producir, refinar y transportar el combustible utilizado. Dado el alcance del trabajo, y no habiendo encontrado referencias exactas al respecto para incorporar al modelo, se ha omitido en el análisis. Sin embargo, se han obtenido de diversas fuentes un aproximado de entre 4 y 8% extra respecto de la energía química del combustible (p.e., 4.000 MJ/t de combustible consumido, el cual posee una energía de 50.500 MJ/t). Incorporando esta energía a los resultados globales del trabajo se obtendría una diferencia máxima menor al 3%.

C.2 Transporte de aerogenerador y torre

El total de los componentes que luego formarán parte de la instalación del aerogenerador (sin incluir los elementos que constituyen el hormigón de la base y anclajes), así como la fracción propuesta como material desperdiciado en los procesos de fabricación se asume que son llevados desde Buenos Aires a la ciudad de Neuquén en camión para transporte de carga de larga distancia. Luego del proceso de fabricación, los componentes son enviados utilizando el mismo medio de transporte hasta un hipotético agente distribuidor y finalmente son llevados en camioneta tipo pick up hasta el sitio de instalación. C.2.1 Transporte entre Buenos Aires y Neuquén. En este trayecto se traslada el aerogenerador y la torre, los que pesan en conjunto 535,5 kg, y la fracción de material residual de 107,6 kg. 46

Ver referencia [18] en Bibliografía.

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Tipo de transporte Camión larga distancia

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Consumo específico 0,63 MJ/t.km

Distancia 1.200 km

Energía 486,2 MJ

Tabla 28. Energía para el transporte de los materiales para producir el aerogenerador y la torre.

C.2.2 Transporte entre Neuquén y agente distribuidor Para este trayecto también se asume que se utiliza el mismo tipo de transporte que en el caso anterior y se traslada la misma carga con excepción de la fracción residual. Tipo de transporte Camión larga distancia

Consumo específico 0,63 MJ/t.km

Distancia 1.200 km

Energía 337,7 MJ

Tabla 29. Energía para el transporte del aerogenerador y la torre.

C.2.3 Transporte entre agente distribuidor y sitio de instalación En este último trayecto se propone la utilización de una camioneta tipo pick up  diesel doble cabina para la cual se estimó un consumo promedio llevando como carga el aerogenerador y la torre. Tipo de transporte Camioneta diesel

Consumo específico 3,61 MJ/km

Distancia 500 km

Energía 1.805 MJ

Tabla 30. Energía para el transporte del aerogenerador y la torre.

C.3 Transporte de los elementos para el hormigón

Los materiales que se utilizan para la construcción de las bases y anclajes de hormigón en el sitio de instalación se transportan en parte de maneras distintas. Por un lado el cemento (177,6 kg más un 20% extra de material) es transportado mediante camión de carga para larga distancia desde Buenos Aires hasta un teórico centro comercial ubicado a 100 km del sitio de instalación. Esto es así porque se asume que los elementos para fabricar hormigón se pueden conseguir en cualquier ciudad o pueblo que se encuentre más próximo al lugar de instalación, y una distancia de 100 km se considera razonable para ser representativa de la mayoría de las situaciones. La fracción extra de material que se transporta se incluye para incorporar posibles pérdidas en el preparado de la mezcla, pero principalmente para contemplar cierto margen de material ya que la medida de los pozos donde se vierte la preparación no es exacta. La distancia de 2.600 km desde Buenos Aires se propone para cubrir el radio de sitios de instalación desde la ciudad de Neuquén. 55 de 60

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Los áridos necesarios para el hormigón (arena y grava, 566,4 kg y 814,4 kg respectivamente), se asume que son obtenidos localmente, en la zona urbana más cercana, propuesta a 100 km. Por lo que el único transporte para dicho material se realiza entre dicha ubicación y el lugar de instalación. También se transporta un 20% extra de material por razones similares que en el caso del cemento. La malla de acero que se utiliza en la preparación del hormigón se asume es transportada en conjunto con el aerogenerador y la torre. El agua se asume que se obtiene del mismo lugar donde se realiza la instalación. Tipo de transporte Camión larga distancia

Consumo específico 0,63 MJ/t.km

Distancia 2.600 km

Energía 347,9 MJ

Tabla 31. Energía para el transporte del cemento para el hormigón. Tipo de transporte Camión corta distancia

Consumo específico 2,2 MJ/t.km

Distancia 100 km

Energía 411,4 MJ

Tabla 32. Energía para el transporte del cemento, arena y grava para el hormigón.

No se han incluido los 100 km de regreso del camión que transporta los áridos ya que se asume que el transporte se utiliza también para otras tareas. En caso de incluirse, de todos modos, la diferencia en el gasto global de transporte sería inferior al 0,2%.

C.4 Transporte de personal

El personal para realizar la instalación se transporta junto con los componentes desde el agente distribuidor por lo que dicho trayecto se encuentra contemplado previamente. Resta considerar la energía del transporte para el regreso, al finalizar el trabajo de instalación (500 km) y la energía de transporte para realizar el mantenimiento. Este último gasto de energía está compuesto por un viaje anual para mantenimiento (1.000 km, incluyendo ida y retorno) durante los 20 años de vida útil del sistema. Debe considerarse también que por cada viaje se asume que se realiza el mantenimiento de dos sistemas. Por lo que entonces tenemos una distancia recorrida por cada instalación de 10.000 km a lo largo de la vida útil. Para estas tareas, se estimó el consumo de la misma camioneta diesel doble cabina, pero en esta ocasión llevando prácticamente ninguna carga en la caja (algunas herramientas y piezas menores de repuesto). Tipo de transporte Camioneta diesel

Consumo específico 3,25 MJ/km

Distancia 10.500 km

Tabla 33. Energía para el transporte del personal.

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Energía 34.125 MJ

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Anexo D. Software utilizado

Este Análisis de Ciclo de Vida se valió de dos modelos o software para la realización de dos cálculos fundamentales: la estimación de la producción de energía anual del aerogenerador y la energía necesaria para producir los materiales y componentes que forman parte de la instalación. A continuación, se describen algunas características básicas de los mismos 47.

D.1 HOMER  HOMER  es un modelo para el diseño de sistemas de generación de energía distribuida tanto

conectados a la red como aislados. Sus algoritmos para análisis de sensibilidad y optimización permiten evaluar la viabilidad económica y técnica de un gran número de opciones tecnológicas , así como observar las variaciones en los costos de la tecnología y en la disponibilidad del recurso energético. El análisis se basa en el armado de un sistema que debe estar compuesto mínimamente por una fuente de energía (tecnología y recurso energético) y un consumidor o destinatario de la energía. Este último puede ser la red eléctrica o un usuario aislado, siendo necesario para este último caso incorporar en el sistema un medio de almacenamiento de energía. Dentro de las opciones de fuentes de energía que pueden utilizarse en el modelo se encuentran: solar fotovoltaica; turbinas eólicas, mini hidráulica; generación a partir de biomasa, biogas, gas oil y nafta. Para las mismas existen opciones de equipos comerciales con sus características cargadas, pudiendo también crearse equipos personalizados. Específicamente en el caso de las turbinas eólicas pueden incorporarse equipos adicionales cargando sus características básicas, siendo la información fundamental la curva de potencia de las mismas. En nuestro caso, debe incluirse necesariamente en el modelo el recurso eólico, mediante la carga de la velocidad media de viento (permite la carga de medias mensuales). Esta información es cruzada mediante un algoritmo con la curva de potencia del aerogenerador para obtener entonces datos estadísticos de la generación eléctrica a lo largo del año. El software permite la incorporación de una gran cantidad de variables de forma de definir en forma específica las características de nuestro sistema. Entre otros factores, pueden definirse la capacidad y forma de almacenamiento de energía; eficiencias; vida útil de los componentes, demanda de energía, etc. También es posible agregar un análisis económico del sistema si se incluyen variables económicas, costos de los equipos, precios de combustibles, etc. Finalmente, es posible incorporar también en la simulación análisis de sensibilidad en función de la variación de recursos energéticos (p.e. la velocidad de viento), costos y precios, y demandas de energía. De esta forma, el entrecruzamiento de muchas variables permite diseñar y optimizar sistemas energéticos.

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Para estas descripciones se tradujo en varios casos el texto informativo de las páginas oficiales de los software.

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D.2 GaBi

GaBi es un software desarrollado específicamente para realizar Análisis de Ciclo de Vida de productos o sistema a través del armado de modelos que describan los procesos y flujos de materiales que intervienen en un ciclo de vida determinado. Para esto, el software cuenta con una gran base de datos de procesos productivos que poseen información de consumo de recursos energéticos y materiales, así como emisiones al ambiente. A través de su interfaz gráfica es posible diagramar un modelo mediante procesos unitarios interconectados de distintas características en donde ingresan y egresan materiales, energía, y/o componentes. El software permite fijar un parámetro o flujo de material, de manera que el resto de los procesos, los materiales y energía necesarias, y las emisiones del sistema se calculen en relación al mencionado parámetro. Para el armado de un modelo es necesario conocer los distintos procesos que se desarrollan dentro del sistema que se desea estudiar y los materiales involucrados, para luego seleccionar los procesos equivalentes y cuantificarlos dentro de las bases de datos con las que cuenta el software. En función de los procesos y materiales involucrados dentro de los límites del sistema en estudio, el software calcula los flujos elementales que ingresan y egresan del sistema, presentando los resultados de interés en forma agregada o por grupos afines. GaBi es una herramienta que facilita la realización de Análisis de Ciclo de Vida principalmente dada la gran cantidad de información de procesos con la que cuenta, y está diseñado para asistir a los analistas que aplican las metodologías para ACV establecidas por normas como la IRAM-ISO 14040.

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Bibliografía

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