Modelado de un sistema de poligeneración en zonas rurales de Colombia. Filipinas ETCR como caso de estudio

Abstract

[ES] Este proyecto ha abordado el diseño de un sistema de Poligeneración rentable económicamente que garantice un suministro energético continuo, equitativo y respetuoso con el medio ambiente para el asentamiento rural de Filipinas ETCR, (Espacios Territoriales de Capacitación y Reincorporación) Colombia, que actualmente no se consigue, debido a un sistema que depende de la red eléctrica nacional (con numerosos cortes de suministro) y del GLP (Gas Licuado de Petróleo) y la leña para satisfacer la demanda térmica, principalmente para cocinar. Para ello, además de la situación actual del suministro de energía, se caracteriza la demanda energética según el tipo (electricidad y calor) y el sector (residencial, comercial y agroganadero). Asimismo, se examina la disponibilidad de las fuentes de energía renovable, resultando la existencia de un potencial de recursos solares y de biomasa residual. A continuación, se han analizado los subsistemas y tecnologías más adecuados para su explotación. De este modo, se ha utilizado el software HOMER Pro para encontrar la solución más competitiva (el menor LCOE, Levelized Cost of Energy), junto con un análisis técnico, económico, medioambiental y social para analizar su impacto en el ETCR. Así, la solución final resulta en un sistema de Poligeneración basado en un subsistema FV (Fotovoltaico), la red eléctrica y una planta de producción de biogás (48 m3/día) por digestión anaeróbica de biomasa de residuos agrícolas, ganaderos y urbanos acoplada a un ICE (Motor de Combustión Interna). La fotovoltaica (250 kW) sería la principal fuente de generación de electricidad, seguida de la red y, como respaldo, el ICE de biogás (25 kW), que también se utiliza para sustituir el GLP y la madera para la calefacción. La solución presenta una notable fracción renovable (73% en lugar del <0,5% actual) y una importante reducción de las emisiones contaminantes (60,5% de las emisiones de CO2). Además, se asegura una viabilidad económica en el tiempo (un ROI del 9,7% y DPB (Discounted Pay-Back) inferior a 18 años) y un potencial impacto positivo en el desarrollo socioeconómico de Filipinas ETCR. Para concluir, estos resultados están en línea con los ODS (Objetivos de Desarrollo Sostenible) 7 y 13 de la ONU, siendo un ejemplo de la viabilidad de este tipo de sistemas y de las consecuencias ambientales, sociales y económicas positivas que pueden tener en localidades rurales con dificultades económicas y suministros energéticos no renovables y débiles.

[EN] This project has addressed the design of a cost-effective Polygeneration system that guarantees a continuous, equitable and environmentally friendly energy supply for the rural settlement of Filipinas ETCR, (in Spanish, Espacios Territoriales de Capacitación y Reincorporación) Colombia, which is currently not achieved, due to a system that relies on the national electricity grid (with numerous outages) and on LPG (Liquefied Petroleum Gas) and wood to meet the thermal demand, mainly for cooking. For this purpose, in addition to the current energy supply situation, the energy demand according to type (electricity and heat) and sector (residential, commercial and agro-livestock) is characterized. Also, the availability of renewable energy sources is examined, resulting in the existence of a potential for solar and residual biomass resources. Then, the most suitable sub-systems and technologies for their exploitation have been analyzed. In this way, HOMER Pro software has been used to find the most competitive solution (the lowest LCOE, Levelized Cost of Energy), together with a technical, economic, environmental and social analysis to analyze its impact on the ETCR. Thus, the final solution results in a Polygeneration system based on a PV (Photovoltaic) subsystem, the electrical grid and a biogas production plant (48 m3/day) by anaerobic digestion of agricultural, livestock and urban waste biomass coupled with an ICE (Internal Combustion Engine). The PV (250 kW) would be the major source of electricity generation, followed by the grid and, as a back-up, the biogas-fired ICE (25 kW), which is also used to replace LPG and wood for heating purposes. The solution presents a remarkable renewable fraction (73% instead of the current <0.5%) and a significant reduction of polluting emissions (60.5% of CO2 emissions). Moreover, it is ensured an economic viability over time (a ROI of 9.7% and DPB (Discounted Pay-Back) lower than 18 years) and a potential positive impact in the socio-economic development of Filipinas ETCR. To conclude, these results are in line with the UN SDGs (Sustainable Development Goals) 7 and 13, being an example of the viability of such systems and the positive environmental, social and economic consequences they can have in rural locations with economic difficulties and non-renewable and weak energy supplies.