UNIVERSIDAD PONTIFICIA DE COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA INGENIERO EN ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL

GENERACIÓN DE ENERGÍA SOSTENIBLE: ELECTRIFICACIÓN E INSTALACIÓN DE ANTENAS DE TELECOMUNICACIONES EN ZONAS RURALES AISLADAS DE LA PROVINCIA DE BATTAMBANG, CAMBOYA Autor: Juan Jaquete Directores: Francisco Fernández-Daza, Carlos Fernández Román Entidad colaboradora: ICAI - Universidad Pontificia de Comillas

RESUMEN DEL PROYECTO El presente proyecto analiza la viabilidad técnica y económica de la implantación de un sistema de generación sostenible de energía y la instalación de antenas de telecomunicaciones en las comunidades de Runreaksmeay, Andong Crotuet y Chok Roka, las tres situadas 50 km al sur de la ciudad de Battambang, en la provincia del mismo nombre, ubicada en el noroeste de Camboya. El proyecto se lleva a cabo en colaboración con la ONG SAUCE, que trabaja en estas comunidades rurales de manera regular. Por tanto, se espera que los resultados del presente trabajo mejoren la calidad de vida de los habitantes de estas comunidades, contribuyendo a su desarrollo al proporcionar acceso a la energía eléctrica en el contexto del Plan de Electrificación Rural de Camboya de 2030, y ayudando a SAUCE en su inestimable labor. El acceso a la energía es crucial para alcanzar el desarrollo humano universal, permitiendo que las comunidades rurales aisladas prosperen progresando económica y socialmente. Las energías renovables permiten a las zonas aisladas producir energía en el mismo lugar en que se va a consumir y la creación de puestos de trabajo locales, todo ello respetando el medio ambiente. Para que la electrificación rural sea exitosamente acometida, hay que considerar cuidadosamente aspectos sociales, demográficos, económicos, regulatorios y culturales. En Runreaksmey, Chok Roka y Andong Crotuet viven 640 familias. Cada pueblo tiene un colegio y un centro de salud. Este proyecto contempla la electrificación de todos los hogares y los centros comunes, incluyendo la instalación de ordenadores e iluminación en las escuelas y la instalación de un frigorífico e iluminación en los centros de salud. Comunidad Runreaksmey Chok Roká Andong Crotuet TOTAL

Población 900 1,300 800 3,000 Población y número de familias en cada una de las comunidades Fuente: Elaboración propia

Familias 192 277 171 640

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El grado de electrificación en las comunidades es inexistente, por lo que en la actualidad los habitantes de las mismas recargan baterías de automóviles en estaciones diesel para obtener electricidad suficiente para alimentar una bombilla y pequeños electrodomésticos como radios o ventiladores. Después de realizar un estudio detallado de la actual situación económica y energética en la zona, se ha llegado a la conclusión de que, en promedio, cada hogar tiene un consumo anual de 50 kWh. El precio de la electricidad para las baterías recargables es de 1$/kWh, por lo que cada familia gasta 50$ en electricidad al año.

Estación diesel de recarga de baterías en zona rural de Camboya Fuente: David Cardinal

En las tres poblaciones analizadas no hay posibilidad de conexión a la red debido a que en Camboya no existe red nacional de distribución de electricidad. Por lo tanto, se evalúa la instalación de micro redes y sistemas autónomos considerando un incremento en el consumo eléctrico de los habitantes, y por tanto, una mejora de la calidad de vida. Se consideran tres escenarios diferentes de demanda eléctrica sujetos al consumo de los diferentes aparatos eléctricos y al consumo de los equipos de los edificios comunes, teniendo en cuenta tanto la posibilidad de la instalación de sistemas autónomos como la implementación de una micro red en cada pueblo. En las siguientes tablas, se muestra a modo de ejemplo la demanda calculada para Runreaksmey: HOGARES Capacidad kW Consumo diario kWh

Ambicioso 1.1 5.36

Optimista 1.1 2.036

Resultados de la demanda en hogares en la comunidad de Runreaksmey Fuente: Elaboración propia

Realista 0.13 0.93

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CENTROS COMUNES Capacidad kW Consumo diario kWh

Colegio 0.92 7.36

Centro de salud 0.2 0.6

Resultados de la demanda en centros comunes en la comunidad de Runreaksmey Fuente: Elaboración propia

MICRO RED Capacidad kW Consumo diario kWh

Ambicioso 191.12 875.74

Optimista 178.12 351.96

Realista 23.12 165.9

Resultados de la demanda considerando una micro red en la comunidad de Runreaksmey Fuente: Elaboración propia

A continuación, la viabilidad de las diferentes fuentes de energía renovable en las aldeas se ha evaluado en profundidad, teniendo en cuenta todos los aspectos técnicos y económicos. A partir de este análisis se ha llegado a la conclusión de que los recursos de energía eólica son pobres e insuficientes, ya que la velocidad media del viento en la zona es de 3 m / s, y que la energía hidráulica y el uso de biomasa mediante gasificadores parecen ser tecnologías viables desde el punto de vista técnico, pero debido a la falta de datos críticos, su viabilidad no se puede considerar con fiabilidad. Sin embargo, los recursos de energía solar son abundantes, con una radiación media de 4.85 kW/m2, y la tecnología solar fotovoltaica se considera como la solución más viable para la electrificación de las comunidades estudiadas.

Radiación en kWh/m2/día 6 5 4 3 2 1 0

Radiación mensual en las tres comunidades Fuente: Elaboración propia

Por lo tanto, para la electrificación de las comunidades se diseñan dos tipos diferentes de instalaciones teniendo en cuenta los diferentes escenarios de demanda previamente comentados, incluyendo una evaluación minuciosa de los costes: sistemas solares domiciliarios y micro -redes para cada aldea. El software PVSYST se ha utilizado para calcular el número y las características de los elementos necesarios en cada sistema.

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La solución óptima se ha seleccionado considerando los costes económicos, la viabilidad técnica y la adopción sociológica por parte de los habitantes, resultando que la mejor solución consiste en implementar sistemas solares domiciliarios. Por tanto, se instalarán sistemas solares domésticos de 250Wp y baterías de 100 Ah en cada hogar haciendo posible un consumo diario de 0,93 kWh. Ello supone un aumento en el consumo de energía de los hogares de 6,8 veces el actual. En las escuelas y centros de salud de cada pueblo se van a instalar pequeños sistemas solares, suficientes para alimentar la iluminación, los ordenadores y los frigoríficos, que conservarán medicamentos y vacunas.

Esquema operativo de un sistema solar domiciliario Fuente: Elaboración propia

Los costes totales de la instalación de la solución adoptada son de 393.993$, ascendiendo a 405.533$ al incluir el coste de los ordenadores, frigoríficos e iluminación a instalar en los centros comunes. Las baterías tendrán que ser reemplazadas en el año 9 de operación, suponiendo un desembolso de 95.124$. Los costes de operación estarán compuestos únicamente por los salarios de dos técnicos de mantenimiento. Por otro lado, se ha analizado la idea de instalar un sistema WiLD de telecomunicaciones en las comunidades, que constaría de antenas receptoras en cada una de ellas. No obstante, se concluye que dicha instalación no es factible en la actualidad debido a los altos costes, la falta de oferta de servicios de éstas características en las zonas rurales de Camboya, y la necesidad de tener visión directa con antenas situadas a 50 km de distancia, ya que no existen repetidores más cercanos. Por último, la rentabilidad económica de la instalación de sistemas solares domiciliarios ha sido evaluada bajo cinco escenarios diferentes, considerando un período de 15 años. Todos los escenarios asumen que todos los ingresos provienen de las 640 familias que van a pagar una cantidad fija anual por la instalación, de esta manera convirtiéndose en los dueños de sus instalaciones adoptándolas plenamente.

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Se considera que todos los escenarios son asequibles para los habitantes de las comunidades, ya que la opción más desfavorable supondría un pago que representaría el 4.16% de los ingresos anuales de cada hogar. El mejor escenario económico es aquel en el que el coste de todos los equipos requeridos en los edificios comunes son cubiertos por donaciones, y cada panel recibe un subsidio a la compra de 100$. Bajo este supuesto los habitantes tendrían que pagar 53$ al año, lo que significaría un aumento en su gasto energético de tan solo el 6%, y representaría un 2,1 % de sus ingresos anuales.

Pago anual en $ 100 80 60 40 20 0

Pago anual requerido por hogar según escenario económico Fuente: Elaboración propia

Por lo tanto, a la luz de estos resultados, se puede concluir que la implementación del sistema propuesto es muy factible desde el punto de vista técnico y económico, y también tiene las condiciones perfectas para ser adoptado sociológicamente por los aldeanos. En conclusión, los resultados son esperanzadores y demuestran que la implementación de un sistema de generación de energía sostenible y renovable, asequible, escalable, seguro y localmente gestionado y mantenido es factible y rentable, generando beneficios económicos y sociales para los habitantes de las comunidades rurales aisladas de Runreaksmey, Chok Roká y Andong Crotuet.

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SUSTAINABLE ENERGY GENERATION FOR THE ELECTRICITY SUPPLY AND INSTALLATION OF TELECOMMUNICATION ANTENNAS IN RURAL ISOLATED COMMUNITIES IN THE PROVINCE OF BATTAMBANG, CAMBODIA Authors: Juan Jaquete Directors: Francisco Fernández-Daza, Carlos Fernández Román Collaborating Institution: ICAI- Universidad Pontificia de Comillas

PROJECT SUMMARY The present project analyses the technical and economic feasibility of the implementation of a sustainable energy production system and the installation of telecommunication antennas in the communities of Runreaksmeay, Andong Crotuet and Chok Roká, the three of them located 50 km South of Battambang city, a province situated in the northwest of Cambodia. The project is carried out in collaboration with SAUCE NGO, which works in these isolated communities on a regular basis. Therefore, the results of this work are expected to improve the quality of life of the inhabitants of these places, contributing to their development by providing energy access in the context of the Cambodia Rural Electrification Plan 2030, and helping SAUCE in its invaluable work. Energy access is crucial to path the way for universal development, allowing rural isolated communities to thrive improving their economic and social progress. Renewable energies permit these isolated places to produce energy at the very same place it is going to be consumed, creating local jobs and respecting the environment. For rural electrification to be successful, social, demographical, economic, regulatory, and cultural aspects have to be considered and assessed in a thorough way. There are 640 families living in Runreaksmey, Chok Roká and Andong Crotuet. Each village has a school facility and a health center. This project considers the electrification of every household and common building, including the installation of computers and lighting in the schools and the installation of a fridge and lighting in the health centers. Village Runreaksmey Chok Roká Andong Crotuet TOTAL

Population 900 1,300 800 3,000 Population and families in the three villages Source: Author’s compilation

Families 192 277 171 640

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The electrification grade in the villages is non-existent, so currently the villagers recharge automobile batteries in diesel-powered stations to get electricity enough to power a bulb and small appliances like radios or fans.

After conducting a thorough study of the current

economic conditions and energy situation in the villages it has been concluded that on average each household has a yearly consumption of 50 kWh. The price of electricity for rechargeable batteries is 1$/kWh, so each family spends 50$ on electricity per year.

Rechargeable batteries in a diesel-powered station Source: David Cardinal

In the three analyzed villages there is no possibility of connection to the grid as in Cambodia there is no national distribution system of energy. Therefore, the installation of micro grids and stand alone systems is going to be assessed. Three different scenarios of power demand have been considered subject to the consumption of the different electric appliances and the equipment of the common buildings and taking into account both the possibility of the installation of stand alone systems and the implementation of a micro-grid in each village. In the following tables the demand calculated for Runreaksmey is shown as an example: HOUSEHOLDS Power capacity kW Power Consumption kWh/day

Ambitious 1.1 5.36

Optimistic 1.1 2.036

Realistic 0.13 0.93

Household energy demand results in Runreaksmey under the three different scenarios Source: Author’s compilation

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COMMON BUILDINGS Power capacity kW Power Consumption kWh/day

School 0.92 7.36

Health Centre 0.2 0.6

Common buildings energy demand results in Runreaksmey Source: Author’s compilation

MICRO GRID Power capacity kW Power Consumption kWh/day

Ambitious 191.12 875.74

Optimistic 178.12 351.96

Realistic 23.12 165.9

Micro-grid energy demand results in Runreaksmey under the three different scenarios Source: Author’s compilation

After that, the feasibility of the different renewable energy sources in the villages has been assessed in depth, considering all technical and economic aspects. From this analysis has been concluded that wind energy resources are poor and not sufficient since the average wind speed in the area is 3 m/s, and that hydro energy and biomass power in the form of gasifiers seem to be feasible technologies from the technical point of view, but due to the lack of critical data their feasibility cannot be stated. However, solar energy resources are abundant and solar photovoltaic technology has been selected as the more feasible way to electrify the communities under study.

Radiation in kWh/m2/day 6 5 4 3 2 1 0

Monthly radiation in the three villages Source: Author’s compilation

Therefore, two different kinds of installations have been designed for electrifying the villages under the different demand scenarios, including a meticulous assessment of the costs: Solar

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Home Systems (SHS) and micro-grids for each village. PVSyst software has been used to calculate the number and characteristics of the elements required in each system. The optimal solution has been selected in terms of economic costs, technical feasibility and sociological adoption by the villagers, resulting that the best solution to be implemented are Solar Home Systems under the Realistic demand scenario. Consequently, Solar Home Systems of 250Wp and batteries of 100Ah are going to be installed in each household making possible a daily consumption of 0.93 kWh. That means an increase in household energy consumption of 6.8 times the current one. Small solar systems are going to be installed in the schools and health centers of each village, providing lighting and energy to power computers and refrigerators to preserve medicines.

Operation scheme of a household stand-alone system Source: Author’s compilation

The total costs of the SHS required is 393,993 $, amounting to 405,533 $ considering the common buildings equipment that will be installed. In year 9 the batteries will have to be replaced costing 95,124 $. The operating costs will be just the salaries of two maintenance technicians. After that, the idea of installing a WiLD telecommunication system in the villages consisting of receiver antennas in each village has been analysed, concluding that is not currently feasible because the high costs and the lack of available services of this kind in rural areas at present time. Finally, the economic profitability of the installation of SHS has been evaluated under five different scenarios considering a 15 years period, every one of them being affordable for the

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villagers as long as the worst option would suppose a payment that represents the 4.16% annual average income of the villagers. All the scenarios assume that all the incomes come from the 640 households who are going to pay a fixed quantity for the installation each year, this way being the owners of their installations and fully adopting them. The best scenario is the one in which the common building equipment is granted by donors and SHS are conceded with a subsidy of 100$ each. Under these assumptions the villagers would have to pay 53$ per year, which means an increase on their energy expenses of just a 6% and representing a 2.1% of their annual income.

Yearly payment in $ 100 80 60 40 20 0

Yearly payment required per year under the different economic scenarios Source: Author’s compilation

Therefore and in light of these results, it can be concluded that the implementation of the explained system is very feasible from the technical and economic point of view, and also has the perfect conditions for being sociologically adopted by the villagers that is also crucial for the success of the energy system. In conclusion, the results are hopeful and show that the implementation of a sustainable, renewable, affordable, scalable, secure and locally owned and run energy generation system is feasible and profitable generating economic and social benefits.