16 de marzo del 2017

Practica de evaluación entre pares

Plan para el desarrollo de una central eólica de generación.

Autor: Br. Jorge Luis Baas oxte

Lista de ilustraciones..........................................................................................................................2

Lista de tablas....................................................................................................................................2

Introducción.......................................................................................................................................3

Ubicación de la central y descripción de la central generadora..........................................................4

Tecnología para el desarrollo de la central generadora.......................................................................5

Las palas:.......................................................................................................................................6

El rotor:..........................................................................................................................................6

El multiplicador:............................................................................................................................6

El generador:..................................................................................................................................6

La góndola:...................................................................................................................................6

Terreno e inversión requerida.............................................................................................................7

El terreno........................................................................................................................................7

Inversión requerida.........................................................................................................................7

Acceso a las líneas de transmisión y distribución del SEN................................................................9

Cercanía a centros de consumo..........................................................................................................9

Permisos...........................................................................................................................................10

Presupuesto......................................................................................................................................11

Precio de la venta de energía y productos asociados........................................................................13

Tiempo de desarrollo........................................................................................................................14

Costo de operación...........................................................................................................................15

Conclusión.......................................................................................................................................16

Bibliografía......................................................................................................................................17

Lista de ilustraciones

Ilustración 1 Torre de transmisión........................................................................................................3

Ilustración 2 ubicación tentativa de la central eólica...........................................................................4

Ilustración 3 mapa del sistema eléctrico nacional................................................................................5

Ilustración 4 componentes de un generador eólico..............................................................................6

Ilustración 5 terreno de la ventosa........................................................................................................7

Ilustración 6 precios de las turbinas eólicas.........................................................................................8

Ilustración 7 costo de la potencia instalada..........................................................................................8

Ilustración 8 porcentaje de costos de la inversión total........................................................................9

Ilustración 9 la ventosa en la cercanías Juchitán de Zaragoza (centro de consumo)........................10

Lista de tablas.Tabla 2 costos unitarios de equipos de la central...............................................................................12

Tabla 3 Costo total de los equipos......................................................................................................12

Tabla 4 Presupuestos y saldos............................................................................................................12

Tabla 5 Costo de la producción..........................................................................................................13

Tabla 6 Cronograma de actividades...................................................................................................14

Tabla 7 cronograma de actividades....................................................................................................14

Tabla 8 Cronograma de actividades...................................................................................................15

Tabla 9 Costo anual de operación de la central..................................................................................15

Tabla 10 costo de venta y tiempo de recuperación............................................................................15

Introducción

Debido a la reforma energética ocurrida en México el sector energético ha sufrido una transición de ser un sistema totalmente monopolizado por la comisión federal de electricidad (CFE) a ser un sistema en el cual se permite la participación de empresas filiales en los sectores de generación y comercialización.

Bajo la anterior ley se permitía la participación de las empresas privadas, pero solo en la generación, estas empresas eran reguladas por un Centro Nacional De Control De Energía (CENASE) que en ese entonces era parte de CFE por lo cual únicamente podían vender electricidad a CFE.

Antes de la reforma el sistema eléctrico nacional operaba bajo la ley de servicio público de energía eléctrica, pero con esta reforma energética se ha tenido que modificar esta ley la cual cambia para convertirse en la ley de la industria eléctrica, en esta nueva ley se permite la participación de empresas privadas. Por lo que en los últimos años muchas empresas filiales han situado a México como una opción viable para la inversión en el sector energético.

Este trabajo fue realizado asumiendo el lugar de los inversionistas extranjeros por lo cual abarca temas importantes para la realización de un plan de desarrollo de una central de generación. Se definió la tecnología a emplear, la localización idónea para instalar la central, el análisis del suelo, la disponibilidad del recuso energético, También se abarco el concepto de presupuesto, en el cual se tomaron en cuenta los costos de adquisición de los equipos para la instalación, las modificaciones del suelo, los costos por mano de obra civil, los costos por mano de obra electromecánica y eléctrica, igualmente se realizaron los cálculos para determinar el costo de la operación de la central y del costo de la producción de energía. Ilustración 1 Torre de transmisión

Ubicación de la central y descripción de la central generadora

Uno de los requisitos más importantes para la operación óptima de una central eólica es que la zona en la que se encuentre instalada cuente con una corriente de viento constante y con una velocidad mínima entre 10 km/h y 14 km/h para que el generador pueda funcionar, pero también es necesario tomar en cuenta que las velocidades máximas del viento para la generación máxima varían entre 46 km/h y 50 km/h. En México uno de los lugares que cumple con el requisito es la región de la Ventosa en el estado de Oaxaca.

La ubicación se presenta a continuación.

Ilustración 2 ubicación tentativa de la central eólica

Como se puede observar debido a su ubicación geográfica se puede considerar una zona apta para la instalación de generadores eólicos.

También es necesario tomar en cuenta la proximidad de las líneas de transmisión para la interconexión del generador con el sistema eléctrico nacional. En la siguiente ilustración se presenta un mapa de México con el sistema eléctrico nacional.

Ilustración 3 mapa del sistema eléctrico nacional

En el círculo rojo se encuentran encerradas las líneas de transmisión más cercanas a la zona de interés y la zona de interés, como se puede observar las líneas de transmisión más cercanas son de 230 Kv, esto implica que la ubicación de interés es apta para la instalación de los generadores eólicos, ya que se cuenta con el recurso energético y con la facilidad de interconectar la central de generación a la red eléctrica nacional.

Tecnología para el desarrollo de la central generadora

Existen varios tipos de generación renovable, pero para este proyecto se decidió emplear la tecnología de los aerogeneradores. Los aerogeneradores utilizan de manera indirecta la energía solar, ya que el calor provocado por la radiación solar produce una diferencia de temperaturas, presiones y densidades del aire entre la atmosfera y la superficie del planeta produciendo de esta manera corrientes de viento.

El viento viaja a una cierta velocidad por lo que tiene una energía cinética la cual puede ser aprovechada, un aerogenerador emplea la energía cinética del viento mediante los elementos que lo componen, los elemento principales son:

Las palas:Son los elementos encargados de captar la energía cinética del viento, es uno de los elementos más importantes de la máquina. Aumentando el diámetro de las tablas se puede aumentar la superficie de captación del viento y la potencia proporcionada por la maquina

El rotor:Es el elemento encargado de transformar la energía cinética del viento en energía mecánica.

El multiplicador:Es un conjunto encargado de convertir la bajas velocidades a la que gira el rotor (entre 20 y 30 rpm) a una velocidad más elevada que se conecta al eje del generador.

El generador:Es el encargado de transformar la energía mecánica procedente del rotor de la maquina en energía eléctrica, la cual se pretende enviar al sistema eléctrico nacional.

La góndola:Es el conjunto bastidor y carcasa del aerogenerador, el bastidor es una pieza sobre la cual se acoplan los elementos mecánicos principales del generador y que está situado sobre la torre. Este bastidor está protegido por una carcasa generalmente de fibra de vidrio y poliéster, reforzada con perfiles de acero inoxidable.

Ilustración 4 componentes de un generador eólico

Terreno e inversión requerida

El terreno

El territorio de interés es mayoritariamente plano y casi a nivel del mar por que está situado en la planicie costera del Océano Pacífico, las únicas elevaciones del terreno se encuentran en el extremo norte donde se encuentran los primeras estribaciones de la Sierra Madre del Sur y que en ese punto se alcanza la altitud máxima del municipio de 500 metros sobre el nivel del mar, Fisiográficamente todo el territorio pertenece a la Provincia fisiográfica XV Cordillera Centroamericana y dentro de ella el 98% del municipio de la Sub provincia fisiográfica 84 Llanura del Istmo y el 2% a la Sub provincia fisiográfica 83 Sierras del Sur de Chiapas

Ilustración 5 terreno de la ventosa

Inversión requerida

Los costos de inversión más importantes en el proyecto de una central eólica terrestre y su participación en el costo total, se presentan seguidamente:

Costos de estudios de viabilidad: <2%. Incluyen el estudio del recurso eólico, análisis del emplazamiento, diseño inicial, estudio de impacto ambiental, estudio de rentabilidad y gestión de proyecto, entre otros gastos iniciales.

Costos de equipamiento (aerogenerador): 65-84%. Incluyen los de producción de la turbina y equipos auxiliares, y la transportación hasta el sitio de emplazamiento e instalación.

Costos de obra civil: 4-16%. Incluyen la transportación interna dentro del emplazamiento de la turbina y la torre, la construcción de la cimentación y carreteras, y otros costos relacionados con la infraestructura necesaria para la instalación y puesta en marcha de las turbinas.

Costos de conexión a la red: 9-14%. Incluyen el cableado, las subestaciones y las líneas eléctricas necesarias.

Otros costos de inversión: 4-10%. Por ejemplo, costos financieros durante la construcción, ingeniería, permisos legales y de uso del terreno, licencias, consultas, seguros y, además, los sistemas de monitoreo.

Los datos anteriores aparecen en el Irena Working Paper, de junio de 2012, y otras fuentes.

Para determina r la inversión requerida es necesario analizar los costos de las turbias, así como el costo por la carga instalada.

Ilustración 6 precios de las turbinas eólicas

Ilustración 7 costo de la potencia instalada

Si tomamos en consideración el costo más económico para cubrir mayor capacidad a menor costo por obvias razones es más conveniente comprar los componentes de procedencia china

Usando el pecio de: $ 1,354.00 por kilowatt, podemos obtener el costo total de la inversión. La potencia. Para determinar la inversión es necesario conocer la capacidad del generador. Tomando en cuenta el presupuesto de 1 millón de dólares, se pretende instalar la capacidad de 600 kW lo cual implica una inversión inicial de $ 957,364.00 USD

Posteriormente se presentan otros costos a los cuales les corresponde una parte del costo total de la inversión, los cuales son:

Ilustración 8 porcentaje de costos de la inversión total

Acceso a las líneas de transmisión y distribución del SEN

Como se mencionó anteriormente el territorio en donde se propone construir la central de generación eólica se encuentra próximo a líneas de transmisión de 230 kV. Lo cual supone el uso de un un trasformador de potencia de elevación para inyectar la potencia a la red eléctrica a la tensión de las líneas de transmisión más cercanas

Cercanía a centros de consumo

Oaxaca cuenta con una gran diversidad de empresas y establecimientos que pueden ser centros de consumo potenciales para el futuro proyecto siendo, tanto en el sector minero como en el sector producción los centros de consumo más cercanos a la central de generación.

Ilustración 9 la ventosa en la cercanías Juchitán de Zaragoza (centro de consumo)

Los centros de consumo más próximos se encuentran a una distancia de aproximadamente 20 kilómetros de la central generadora.

Permisos

Para poner en marcha la construcción de la central generadora es indispensable contar los permisos correspondientes, estos se obtienen realizando los trámites y solicitudes con las dependencias encargadas de regular el sector eléctrico (CRE).

La CRE

Te permite solicitar el permiso de generación de eléctrica, mismo que favorece la participación para el Mercado Eléctrico Mayorista. Las empresas generadoras podrán vender a diversos participantes, ya sea Suministradores (a través de subastas) o Comercializadores, así como entrar directamente a la venta al Mercado o en su caso en abasto aislado (generando electricidad para la satisfacción de necesidades propias).

Para realizar el trámite se solicitan al interesado una serie de documentos los cuales se mencionan a continuación:

Formato de solicitud de permiso de generación de energía eléctrica. Acta constitutiva de la sociedad Certificado del instrumento público que acredite la personalidad y facultades del

representante legal del solicitante. Identificación oficial. La descripción en términos generales del proyecto el cual deberá contener:

Ubicación propuesta de la central eléctrica, señalando las características del área geográfica y el croquis que delimita las coordenadas geodésicas.

Señalar si será una central de abasto aislado. Señalar si será una central que se interconectará individualmente en un punto

específico de la Red Nacional de Transmisión (la RNT) o las Redes Generales de Distribución (las RGD) o si se trata de aquellos casos donde se tienen varios proyectos conectados a un punto específico de la RNT o las RGD.

El diagrama unifilar de la o las centrales eléctricas en la que se incluya su o sus propuestas de punto o puntos de interconexión con el Sistema Eléctrico Nacional (el SEN)

La capacidad de la central de generación de energía eléctrica indicando la correspondiente a corriente alterna y corriente directa, cuando sea necesario, así como la generación anual estimada.

Tipo de tecnología y, cuando así aplique, el combustible primario.

La documentación que acredite la capacidad técnica y financiera del solicitante o del grupo empresarial al que pertenece.

La documentación que acredite haber presentado ante la Secretaría de Energía el escrito o solicitud de evaluación de impacto social.

Las fechas estimadas de programa inicio y terminación de las obras respectivas. El plan de negocios, en caso de que la central no esté instalada. El comprobante de pago de derechos o aprovechamientos respectivos.

La solicitud del permiso ante el CRE tiene un costo dependiendo de la capacidad instalada, para el proyecto se cuenta con una capacidad instalada de 600 kW entra en el intervalo de hasta 10 Mw, por lo que el costo del permiso para la generación es de $ 96,867.66 mxn al tomar en cuenta el precio del dólar, se convierte en $ 4,932 USD.

Presupuesto

Ya se han tomado en consideración los costos por el generador y el cableado eléctrico para las conexiones del generador hasta la central pero otro factor a tomar en consideración es el método de transmisión.

Por motivos prácticos se emplearan trasformadores de potencia para poder transmitir la potencia eléctrica a través de las líneas de transmisión de 230 kv, para ello es indispensable contar con una sub estación elevadora de tensión

A continuación se presenta el precio de la subestación requerida para el fin del proyecto

Costo unitario por kW instalado $ 920.72 1000 wCosto unitario de caja de conexiones $ 12.10 12 entradastransformador $ 200,000.00 3 línea

El transformador es el elemento más importante de la subestación de elevación, de allí que sea el segundo equipo más costoso del proyecto.

  Cantidad cantidad real Preciocapacidad del generador 600   $ 552,432.00 transformadores 1   $ 200,000.00 TOTAL     $ 752,432.00

Tabla 2 Costo total de los equipos

Al sumar los costos de los equipos se obtiene el presupuesto de equipos

PRESUPUESTO INICIAL $ 1,000,000.00 EQUIPOS $ 752,432.00 SALDO $ 247,568.00

PRESUPUESTO $ 247,568.00 GASTOS DE INSTALACIÓN $ 200,000.00 COSTO DE PERMISOS $ 4,932.00 SALDO $ 42,636.00

Tabla 3 Presupuestos y saldos

Por lo que el costo total de la inversión inicial es de: $ 957,364.00 USD, lo cual está en el rango del presupuesto inicial.

Tabla 1 costos unitarios de equipos de la central

Precio de la venta de energía y productos asociados.

Este proyecto está pensado para únicamente producir energía eléctrica y a continuación se presenta el costo que tendrá la energía eléctrica

Item Símbolo Unidad Valor

Inversión en Equipos Ie US$ 752432

Sueldos y Jornales   US$/año 157230.769

Tiempo Anual de Operacion to h/año 8760

Mantenimiento   US$/año 24000

Tasa de Interes i - 0.1

Vida Util de Equipos tl años 25

Factor de Anualidad a - 0,10608

Costos de Capital   US$/año 827675.2

Costo Anual Total Ct US$/año 1008905.97

Costo Anual Total Sin Inversiones Csi US$/año 256473.969

Costo Unitario Ce US$/kWh 0.19176143

Costo Unitario Sin Inversiones Cesi US$/kWh 0.04874767

Tabla 4 Costo de la producción

**El costo por kilowatt hora será de: $ 0.04874767 USD

Tiempo de desarrollo

Al considerar todas las actividades que se deben desarrollar para que la central sea concluida se ha calculado que el tiempo de desarrollo es de 1 año con 4 meses. En el siguiente cronograma se muestran las actividades que selle varan acabo, así como el tiempo que llevara realizar cada actividad.

Tabla 5 Cronograma de actividades

Tabla 6 cronograma de actividades

Tabla 7 Cronograma de actividades

Costo de operación

El costo de operación de la central está determinado por el costo del sueldo de los operarios y el costo del sueldo de los supervisores de operación de la planta

Concepto Horas Anuales Costo horario Costo horario Subtotal Anual

  h MXN/H USD US$Operarios 417 150 7.69230769 9626.374Supervisor 417 200 10.2564103 12835.16

Total Anual $ 22461.54Tabla 8 Costo anual de operación de la central

AL poner la central en operación se obtendrá una ganancia de: $ 0.2 USD por cada kilowatt generado lo cual implica un tiempo de recuperación de 2.9855 años teniendo un utilidad anual de: $ 300,312.823 USD al año.

Precio de venta USD 0.09874767 kwh

kwh anuales 5261256 kwh

Utilidades 0.05 USD/kwh

utilidad anual 263062.8 USD

TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN 3.83522858 años

Tabla 9 costo de venta y tiempo de recuperación

Conclusión

Este proyecto tendrá un costo de $ 957,364.00 USD estando dentro del margen del

presupuesto, sumando el costo por la operación el cual es de $ 22461.54 USD se tendrá un

total de $ 979,825.00 USD. De tener un a producción continua durante todo el año se

tendrá un tiempo de recuperación será de 3.83 años, si consideramos que el tiempo de vida

media de una central eólica es de 25 años según datos estadísticos, pasados los 23.83 años

solo obtendrán ganancias de la inversión.

Esto solo es posible instalando la central eólica en la zona geográfica señalada ya que en

esta zona se alcanzan vientos con velocidades de hasta 40 km/h y vientos con velocidades

de 10km/h por lo cual es posible tener una generación continua, el único inconveniente con

la cual cuenta esta tecnología es que no se puede regular la producción ya que depende de

las condiciones climáticas variantes en las que se encuentre el área

Deduciendo los costos de mantenimiento y renovación de permisos no se encuentra razones

para no instalar la central eólica.

Bibliografía

1. México, entre los próximo “gigantes” del viento, [en línea] disponible en: http://www.obrasweb.mx/construccion/2012/12/18/mexico-entre-los-proximos-gigantes-del-viento fecha de consulta: 07/03/17.

2. Datos generales del proyecto, del promovente y del responsable del estudio de impacto ambiental, [en línea], disponible en: http://sinat.semarnat.gob.mx/dgiraDocs/documentos/oax/estudios/2005/20OA2005E0011.pdf fecha de consulta: 09/03/17.

3. Costes de la energía eólica, [en línea], disponible en: http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/41/tema22/tema22-2.htm fecha de consulta: 09/03/17.

4. ¿Cuánto cuesta un parque eólico? Corado moreno Figueredo, [en línea] disponible en: http://www.cubasolar.cu/Biblioteca/Energia/Energia61/HTML/articulo03.htm fecha de consulta: 10/03/17.

5. Eoliccat, ¿Cómo produce electricidad un aerogenerador? [en línea] disponible en: http://eoliccat.net/la-tecnologia/preguntas-frecuentes/?lang=es fecha de consulta: 09/03/17.

6. Permiso para generar energía eléctrica, [en línea] disponible en: http://www.gob.mx/tramites/ficha/permiso-para-generar-energia-electrica/CRE2151 fecha de consulta: 10/03/17.

7. Instituto nacional de estadística y geografía, Oaxaca, [en línea] disponible en: http://www.beta.inegi.org.mx/app/areasgeograficas/?ag=20 fecha de consulta: 10/03/17.

8. Oaxaca, gran potencial minero a nivel nacional, [en línea], disponible en: http://mineriasustentable.com.mx/oaxaca-gran-potencial-minero-a-nivel-nacional/ fecha de consulta: 12/03/17.