Diseño de dos sistemas energéticos renovables para dos comunidades aisladas con acceso limitado a la electricidad ubicadas en Perú

Abstract

[ES] El presente Trabajo Fin de Máster tiene como objeto aplicar el cálculo de instalaciones energéticas, basadas en energías renovables, a casos de precariedad energética.

En el presente trabajo se ha estudiado la posible implementación de un sistema híbrido renovable en dos comunidades rurales e indígenas en Perú, Bufeo Pozo y Kitepampani, caracterizadas por su aislamiento y por una situación de déficit de suministro energético que afecta a sus posibilidades de desarrollo social y económico.

Previamente al desarrollo de este sistema, se ha estudiado el contexto mundial y en especial peruano en lo referente al acceso a la energía y otros bienes, así como se ha realizado un análisis del marco normativo de Perú en lo que se refiere a la electrificación rural.

Entre ambas comunidades hay una diferencia notable de población, circunstancia que ha hecho posible que se evalúen dos modelos energéticos, uno con paneles centralizados en una sola instalación y otro con paneles e inversores descentralizados ubicados en las cubiertas de las viviendas.

En el caso de Bufeo Pozo, se han analizado diferentes escenarios en función de la evolución de la demanda y de la presencia de luminarias de tecnología LED. En estos escenarios se ha comparado la posibilidad de instalar un huerto solar o una unión de campo solar con turbina hidrocinética, para concluir que en los casos que se producen menores demandas es más rentable usar solo energía solar.

Con estas conclusiones, se ha desarrollado la opción más viable, incluyendo la elección de los mejores componentes, el transporte y mano de obra, para lo cual se incorpora un estudio económico que confirma la rentabilidad de realizar la instalación propuesta.

El diseño final del caso de Bufeo Pozo consta de 289 paneles solares de 450 Wp, junto con un inversor/cargador de 100 kW y un banco de 70 baterías con una capacidad de almacenamiento del 398 kWh. La instalación entregará 131,2 MWh anuales, beneficiando a 1.000 personas.

En la segunda comunidad, Kitepampani, se ha estudiado la demanda y se han establecido dos escenarios, cuya configuración depende del uso de los aparatos frigoríficos. Tras esto se ha desarrollado el escenario más realista, incluyendo la elección de los mejores componentes, el transporte y mano de obra, así como un estudio económico para verificar la rentabilidad de la instalación. Esta instalación incluirá 2 paneles solares de 400 Wp por hogar, junto a un inversor, un regulador de carga de 800 W y 6 baterías de 2 V y 1.110 Ah. Así mismo, esta producirá hasta 3 kWh diarios y beneficiará a 22 hogares.

[EN] The purpose of this Master's thesis is to apply the calculation of energy installations based on renewable energies to cases of energy precariousness.

This work has studied the possible implementation of a hybrid renewable system in two rural and indigenous communities in Peru, Bufeo Pozo and Kitepampani, characterised by their isolation and by a situation of energy supply deficit that affects their possibilities of social and economic development.

Prior to the development of this system, the global and especially the Peruvian context has been studied in terms of access to energy and other goods, as well as an analysis of the Peruvian regulatory framework in terms of rural electrification.

There is a notable difference in population between the two communities, a circumstance that has made it possible to evaluate two energy models, one with centralised panels in a single installation and the other with decentralised panels and inverters located on the roofs of the houses.

In the case of Bufeo Pozo, different scenarios have been analysed depending on the evolution of demand and the presence of LED technology luminaires. In these scenarios, the possibility of installing a solar farm or a solar field combined with a hydrokinetic turbine was compared, to conclude that in the cases where there are lower demands, it is more cost-effective to use only solar energy.

With these conclusions, the most viable option has been developed, including the choice of the best components, transport and labour, for which an economic study has been incorporated to confirm the profitability of the proposed installation.

The final design of the Bufeo Pozo case consists of 289 solar panels of 450 Wp, together with a 100 kW inverter/charger and a bank of 70 batteries with a storage capacity of 398 kWh. The installation will deliver 131.2 MWh per year, benefiting 1000 people.

In the second community, Kitepampani, the demand has been studied and two scenarios have been established, the configuration of which depends on the use of the refrigeration appliances. The most realistic scenario was then developed, including the choice of the best components, transport and labour, as well as an economic study to verify the economic viability of the installation. This installation will include 2 solar panels of 400 Wp per household, together with an inverter, an 800 W charge regulator and 6 batteries of 2 V and 1,110 Ah. It will produce up to 3 kWh per day and will benefit 22 households.