electricidad sostenible: opciones de aplicación...
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Electricidad Sostenible: Opciones de Aplicación
Inmediata para Puerto Rico
Agustín A. Irizarry-Rivera, Ph.D., P.E.CatedráticoDepartmento de Ingeniería Eléctrica y Computadoras
Manejo de la Energía en Puerto Rico Enmarcado en el Cambio Climático y la Economíamiércoles 28 de noviembre de 2007SEDE del CIAPR, San Juan, Puerto Rico
Bosquejo
1. Opciones inmediatas• Conservación• Eólica• Solar Fotovoltaica
2. Opciones prometedoras – mediano plazo• Solar Termal• Océano – Olas• Biomasa (sin elaborar en esta presentación)
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48.119.811
1200=
Referencias: US Bureau of Census y Generation Displacement, Power Loss and Emissions Reduction due to Solar Thermal Water Heaters, Jennifer Jimenez & Agustin Irizarry
Hacen falta unos 12 kWh para calentar el agua en un tanque de 63 galones de 70°F a 125°F.
Esta energía se consume cada día todos los días del año.
$811.19
$/año
12.18
kWh
$1,200$2.70
Costo calentador
$/día (22 ¢/kWh)
Ahorro diario de energia, en kWh, usando calentadores solares
0.0
2000000.0
4000000.0
6000000.0
8000000.0
10000000.0
12000000.0
115735 231471 347206 462941 578677 694412 810147 925882
viviendas cambiando calentador electrico a calentador solar
kWh
10% viviendas habitadas
50%
3
Ahorro diario, en $, usando calentadores solares
$0.00
$500,000.00
$1,000,000.00
$1,500,000.00
$2,000,000.00
$2,500,000.00
$3,000,000.00
115735 231471 347206 462941 578677 694412 810147 925882
viviendas cambiando de calentador electrico a calentador solar
dola
res
de lo
s E.
E.U.
U.
50%
Ahorro anual, en $, usando calentadores solares
$0.00
$100,000,000.00
$200,000,000.00
$300,000,000.00
$400,000,000.00
$500,000,000.00
$600,000,000.00
$700,000,000.00
$800,000,000.00
115735 231471 347206 462941 578677 694412 810147 925882
viviendas cambienado de calentador electrico a calentador solar
dola
res
de lo
s E
.E.U
.U.
50%
Mercado de 578,677 calentadores solares (~$694 millones)Se necesita una planta de 294 MW para suplir esta energía.
$469 millones anualesAEE tuvo ventas de $3,709 millones en el 2006
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Beneficios adicionales
1. La reducción en demanda aumenta la confiabilidad del sistema, pues opera menos cargado, y se alarga la vida útil de los dispositivos del sistema.
2. Disminución de perdidas se traduce a ahorro al consumidor a través de ajuste de combustible ($3 - $12 por cliente)
3. Disminuyen las emisiones al ambiente. 4. Es una alternativa que complementa la
política de diversificación de combustible: CONSERVACIÓN
Generación quemando petróleo
Costa Sur
1090 MW
1958
Aguirre
900 MW
1973
Cambalache
247.5 MW
1997
Palo Seco
602 MW
1960
San Juan
400 MW
1956
11% de la capacidadinstalada
Autor: Dr. Agustín IrizarryReferencia: AEE
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¿Hace falta Palo Seco (602 MW)?
1700
850
lumens
22–25 W100 W
11–15 W60 W
Compactafluorescente
Incandescente
MVA608.4 MW520 MVA11.7 MW10
MW520353,157,1W 45(10 MW52353,157,1W 45(1
⇒⇒
=××=××
))
Referencias: US Bureau of Census y Generation Displacement, Power Loss and Emissions Reduction due to Solar Thermal Water Heaters, Jennifer Jimenez & Agustin Irizarry
considerando pérdidas
Autor: Dr. Agustín Irizarry
Ahorros y pérdidas
492.75($108.40)
ahorrokWh al año
($/año)
3
Horas de uso al día
ahorrode
450 W
10bombillas
millones 46.125$)353,157,140.108($ =×
Referencias: US Bureau of Census y Generation Displacement, Power Loss and Emissions Reduction due to Solar Thermal Water Heaters, Jennifer Jimenez & Agustin Irizarry Autor: Dr. Agustín Irizarry
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¿Cuantos legisladores hacen falta para cambiar una bombilla?
En California el legislador Lloyd Levine propondrá pasar una ley que logre esto para el 2012.
"How Many Legislators Does it Take to Change a Lightbulb Act"
Si pasa la ley California seria el primer estado de los EU que prohíba el uso de bombillas incandescentes. En Cuba se hizo esto hace dos o tres años.
Si comunistas y republicanos pueden tener esto en común, ¿Por que no los puertorriqueños?
Las turbinas de vientos (molinos) convierten la energía cinética del viento a energía eléctrica …
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… si tienes viento.
Determination of Favorable Conditions for the Development of a Wind Power Farm in Puerto Rico
MS Thesis 2005
Carlos A. Ramos Robles and Agustin Irizarry Rivera
6.34(5.44)
6.48(5.49)
6.73(5.54)
Utility(bonds)
7.617.928.37Private investor
Sell price¢/kWh(Tax free)
Sell price¢/kWh(PTC)
Sell price¢/kWh
Financing via loan
Puerto Rico’s east coast, 10 MW wind farm
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¿Cómo lucen los molinos pequeños?Skystream 3.7
(1.8 kW)
Torre con tensores
(60-120 pies)
10 kW10 kW
Molinos pequeños viento en el Este
$11,5625280$1164
440 $97
30 m (~98 ft)
$10,0004560
$1008
380
$84
20 m
(~66 ft)
$8,3263800$840
317$70
12.6 m (41 ft)
Valor Presente
electricidad8%, 20 años
kWh/año
$/año0.22 $/kWh
kWh/mes
$/mes0.22 $/kWh
Altura de la torre
Skystream 3.7 (1.8 kW) = $5,400 + torre + accesorios
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Generación Eólica en Puerto Rico
Agustín A. Irizarry Rivera, PhD, PEDepto Ingeniería Eléctrica y Computadoras
ACEER 18 de agosto de 2007 Centro Cultural de Mayagüez
“En Puerto Rico, con lo sensitiva que es toda la Isla, ningun sitio es
bueno para instalar turbinas de viento.”
Ernesto Santiago (SOPI) El Nuevo Día12 de septiembre de 2004
Los problemas que enfrenta la generación eólica en Puerto Rico (y las demás renovables también …)
NO PLAN de uso de terrenosNO DIALOGO Nacionalo Ambiente, Justicia
Socialo No petróleo, gas o
carbón
NO ESTRUCTURAS PARTICIPATIVAS Costa Sur, ecoElectrica,
CORCO, ¿Windmar?
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Un ejemplo:Una casa de unos 1500 pies cuadrados con consumo entre 500 y 700 kWh al mes
$154$132$110
Demanda
700 kWh/mes
Demanda
600 kWh/mes
Demanda
500 kWh/mes
a 22 ¢/kWh
calentador solar
bombillas compactas fluorescentes
secadora de gas
estufa de gas
abanicos de techo
nevera eficiente
equipos eficientes
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Panel fotovoltaico de 170 W
$750/panel = $4.41/ W pico el panel solo
Costo estimado elementos sistema PV
3,000Mantenimiento (1 cambio invertidor)
12,000 a 16,000TOTAL FIJO
Costo estimado($)
Elemento del sistema
3,000 a 5,000Materiales (herrajes, …)
~$1/W
3,000 a 5,000 Instalación ~$1/W
3,000 Invertidor ~$0.75/W
750 Panel Solar (cada uno)
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Cantidad de paneles y costo total del sistema (~$8/W)
31($39,465)
26($34,684)
22($29,903)San Juan
33($41,488)
28($36,419)
23($31,349)Mayagüez
26($34,792)
23($30,679)
19($26,566)Ponce
Demandaal mes
700 kWh
Demanda al mes
600 kWh
Demandaal mes
500 kWh
Valor Presente de la electricidad y total (~$8/W) 20 años, 8%, 22¢/kWh
($18,477)($16,695)($14,912)San Juan
($20,501)($18,429)($16,358)Mayagüez
($13,805)($12,690)($11,575)Ponce
Demandaal mes
700 kWh$21,000
Demanda al mes
600 kWh$18,000
Demandaal mes
500 kWh$15,000
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El análisis no incluye
Externalidades o valor de no contaminaro satisfacción de independenciao aumento en confiabilidad (huracanes)
Beneficios socialeso disminución pérdidaso crédito por capacidado creación de empleos y mercado
Conversión Termal – una superficie se coloca al sol y esta absorve
energía y se calienta.
Baja temperatura < 200F. Aplicaciones de mayor temperatura, hasta los 6000F, requiere el uso de
concentradores.
Conversión Fotovoltaica – Se usan celdas solares, efecto fotovoltaico,
para producir electricidad de los fotones del sol.
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Autora: Luisa I Feliciano Cruz
OJOTrabajo
en progreso
Hacen falta
mas datosdel centro
y noroeste de Puerto Rico.
Tecnologías de concentración Tecnologías de concentración (Dr. Cayetano López CIEMAT)(Dr. Cayetano López CIEMAT)
Solar Receiver
Heliostats
Absorber Tube
Pipe with thermal fluid
Curved mirror
Receiver / Engine
Reflector
Central Receiver
Parabolic Trough
Dish/Engine
Linear Fresnel
Absorber tube andreconcentrator
Curvedmirror
Solar Receiver
Heliostats
Solar Receiver
Heliostats
Absorber Tube
Pipe with thermal fluid
Curved mirror
Receiver / Engine
Reflector
Receiver / Engine
Reflector
Central Receiver
Parabolic Trough
Dish/Engine
Linear Fresnel
Absorber tube andreconcentrator
Curvedmirror
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Colectores cilindroColectores cilindro--parabparabóólicos: desde 1981licos: desde 1981
Plantas SEGS. 354 Plantas SEGS. 354 MWeMWe. . Kramer’sKramer’s Junction, CaliforniaJunction, California
Un sistema cilindro parabólico usa unas 5 cuerdas por cada MW de capacidad instalada.
¿Es mucho terreno?
¿Y otras tecnologías?
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El mayor impacto ambiental de las plantas solares termales es el uso de terreno. Las plantas solares termales de concentración no producen emisiones o gases de invernadero.
El Lago Mead de Hoover Dam cubre unas 250 mi2. Una planta solar termal de concentración usaría entre 10 y 20 mi2 de terreno para generar la misma cantidad de potencia al año que genera Hoover Dam. Si incluimos el terreno que ocupan las minas las plantas solares termales de concentración usan menos terreno que una planta de carbón.
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InstalacionesInstalaciones de de ensayoensayo en la PSAen la PSA
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Trabajo en progreso en el RUM –Arlene Sosa
Trabajo en progreso en el RUM –Arlene Sosa
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Autora: Arlene Sosa
Magaby Quintero y Franchesca Aponte
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Oleaje en Puerto Rico
Magaby Quintero y Franchesca Aponte
Batimetría: Estudio de las profundidades marinas [8]
Magaby Quintero y Franchesca Aponte
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Equipos para Conversión de Energía[3, 6, 7]
Magaby Quintero y Franchesca Aponte
[1] Briscoe, C.B. Weather in the Luquillo Mountains of Puerto Rico, Institute of Tropical Forestry, U.S. Department of Agriculture, Puerto Rico, 1966.
[2] Collares-Pereira, M. & Rabl, A., The Average Distribution of Solar Radiation – Correlations Between Diffuse and Hemispherical and Between Daily and Hourly Insolation Values, Solar Energy, Vol. 22, pp. 155-164, 1979.
[3] Duffie, J. & Beckman, W. Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, 2006.
[4] Gaspar, C., Multigrid Technique for Biharmonic Interpolation with Application to Dual and Multiple Reciprocity Method, Numerical Algorithms, Vol. 21, pp. 165-183, 1999.
[5] López, A.M. & Soderstrom, K.G. Insolation in Puerto Rico, Journal of Solar Energy Engineering, 1983.
[6] Sandwell, David T., Biharmonic Spline Interpolation of GEOS-3 and SEASAT Altimeter Data, Geophysical Research Letters, 14, 2, 139-142, 1987.
[7] Yang, W.Y., Cao, W., Chung, T. & Morris, J. Applied Numerical Methods Using MATLAB®, John Wiley & Sons, 2005.
[8] Cayetano López, Energía y Política Publica: El Caso de España, Foro de Energía, UPR Mayaguez, Mayo 2007.
[9] Irizarry-Rivera, Agustín, INEL 6025 Conversión Avanzada de Energía, Notas de la clase, 2006.
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Referencias
[1] “Bringing Ocean Power to the World,” SeabasedEnergy AB, http://www.seabased.com
[2] Mercado Aurelio, “Wave Transformation Study for Selected Puerto Rico Sites in Support of a CoastalErosion Study”, Septiembre 1996.
[3] “Technology White Paper on Wave Energy Potential on the U.S. Outer Continental Shelf”, U.S. Department of the Interior, May 2006.
[4] Morelock, Jack, Capella, Jorge, Garcia, Jorge R., Barreto, Maritza, Puerto Rico-Seas at the Millenium.
[5] Brooke, John, Wave Energy Conversion, Oxford: Elsevier, 2003.
[6] Previsic, Mirko, EPRI Assessment Wave Energy Conversion Devices, June 2004.
[7] Centre for Renewable Energy Sources, Wave Energy Utilization in Europe, Belgium, 2002. Magaby Quintero y Franchesca Aponte