2

Tabla de Contenidos

Tabla de Contenidos............................................................................................................................ 3 Índice de Tablas ................................................................................................................................... 4 Índice de Figuras ................................................................................................................................. 5 1 Objetivo ...................................................................................................................................... 6 2 Actores que participan en el desarrollo de un proyecto de Energías Renovables ..................... 7 3 Introducción a un proyecto de energía renovable ..................................................................... 8 4 Análisis del consumo energético ................................................................................................ 9 4.1 Fuentes de energía y usos energéticos ............................................................................. 10 4.2 Consumo de electricidad................................................................................................... 11 4.2.1 Lectura de las boletas o facturas de electricidad. ..................................................... 11 4.2.2 Suma de los consumos individuales de los artefactos eléctricos.............................. 12 4.3 Costo de energía eléctrica ................................................................................................. 16 4.4 Consumo de agua caliente sanitaria ................................................................................. 17 4.4.1 Determinación del consumo de agua ....................................................................... 17 4.4.2 Determinación de la energía requerida para calentar agua ..................................... 18 4.5 Costo de agua caliente sanitaria ....................................................................................... 19 4.6 Consumo de energía para calefacción .............................................................................. 20 4.7 Costo de calefacción.......................................................................................................... 22 5 Análisis de eficiencia energética............................................................................................... 23 6 Las Energías Renovables No Convencionales ........................................................................... 26 6.1 Mini hidráulica................................................................................................................... 26 6.2 Energía Geotérmica ........................................................................................................... 27 6.3 Energía Marina .................................................................................................................. 27 6.4 Bioenergía ......................................................................................................................... 28 6.5 Energía Eólica .................................................................................................................... 28 6.6 Energía Solar...................................................................................................................... 29 7 Análisis del recurso ................................................................................................................... 30 7.1 Recurso viento................................................................................................................... 30 7.2 Recurso Solar ..................................................................................................................... 33 7.3 Biomasa para producción de biogás ................................................................................. 35 7.4 Biomasa para generación de energía térmica................................................................... 37 8 Soluciones tecnológicas a pequeña escala con ERNC .............................................................. 40 8.1 Generación de energía eléctrica ....................................................................................... 40 8.1.1 Sistemas fotovoltaicos............................................................................................... 40 8.1.2 Bombeo solar (energía solar fotovoltaica) ................................................................ 43 8.1.3 Sistemas eólicos de baja potencia............................................................................. 44 8.1.4 Centrales hidráulicas menores a 20 MW .................................................................. 45 8.1.5 Sistemas híbridos aislados......................................................................................... 46 8.2 Sistema de generación de energía térmica ....................................................................... 47 8.2.1 Combustión de biomasa............................................................................................ 47 8.2.2 Sistemas de generación de biogás ............................................................................ 48 8.2.3 Sistemas solares térmicos ......................................................................................... 49 8.2.4 Sistemas geotérmicos de baja entalpía ..................................................................... 51 9 Evaluación del beneficio económico de un proyecto de ERNC ................................................ 53 9.1 Estimación de los costos de inversión ............................................................................... 53

9.2 Estimación de los costos de operación ............................................................................. 54 9.3 Estimación del ahorro en energía ..................................................................................... 54 9.4 Evaluación económica ....................................................................................................... 54 10 Calculadora de Energía Solar .................................................................................................... 56 11 Referencias ............................................................................................................................... 57 Anexos ............................................................................................................................................... 60 Anexo 1 ......................................................................................................................................... 61 Anexo 2 ......................................................................................................................................... 65 Anexo 3 ......................................................................................................................................... 67 Anexo 4 ......................................................................................................................................... 68 Anexo 5 ......................................................................................................................................... 70

Índice de Tablas

Tabla 1. Unidades de medida de energía. ........................................................................................... 9 Tabla 2. Unidades de medida de energía eléctrica. ............................................................................ 9 Tabla 3. Ejemplo de usos energéticos para generación de frío y calor............................................. 10 Tabla 4. Tabla de identificación de usos energéticos y fuente de energía en MIPYMES. ................. 11 Tabla 5. Empresas distribuidoras de energía eléctrica presentes en la Región del Biobío. .............. 11 Tabla 6. Listado de potencias típicas en artefactos eléctricos comunes. ......................................... 14 Tabla 7. Tipos de Tarifas para clientes en Baja Tensión (BT). ........................................................... 16 Tabla 8. Tabla resumen de consumo y costos de electricidad, a completar por el lector ................ 17 Tabla 9. Consumo promedio de agua caliente sanitaria, según tipo de consumidor. ...................... 18 Tabla 10. Tabla resumen consumo de agua potable y energía para obtener agua caliente sanitaria, a completar por el lector. .................................................................................................................. 20 Tabla 11. Rendimiento promedio de equipos para calefacción por combustión directa. ................ 21 Tabla 12. Poderes caloríficos de combustibles comunes.................................................................. 21 Tabla 13. Precios referenciales para diferentes combustibles utilizados en calefacción. ................ 22 Tabla 14. Tabla resumen de costo en calefacción. ........................................................................... 22 Tabla 15. Tabla resumen análisis eficiencia energética. ................................................................... 25 Tabla 16. Generación de sustrato para porcinos, bovinos y aves. .................................................... 36 Tabla 17. Generación de desechos y disponibilidad de materia orgánica seca para producir biogás, a partir de los principales cultivos de temporada. ............................................................................ 36 Tabla 18. Tasa de generación de residuos de cultivos de otros cultivos de temporada. ................. 37 Tabla 19. Tabla resumen costos de inversión ................................................................................... 53 Tabla 20. Tabla resumen costos de operación .................................................................................. 54 Tabla 21. Latitud y temperaturas medias mensuales y temperatura media anual de la red de agua potable, en las comunas de la Región del Biobío.............................................................................. 62 Tabla 22. Factores de corrección para la radiación global horizontal. ............................................. 68 Tabla 23. Poderes caloríficos para distintos tipos de biomasa. ........................................................ 70 Tabla 24. Densidad aparente de distintos tipos de biomasa, para la generación de calor .............. 71

4

Índice de Figuras

Figura 1. Preguntas que se deben responder antes de realizar un proyecto de Energías Renovables. ............................................................................................................................................................. 8 Figura 2. Extracto boleta (superior derecho) de empresa distribuidora de electricidad en el Gran Concepción. ....................................................................................................................................... 12 Figura 3. Ejemplo de etiqueta en calefactor eléctrico. Certificado de aprobación. ......................... 13 Figura 4. Ejemplo de etiqueta en refrigerador. Eficiencia energética. Fuente: Agencia Chilena de Eficiencia Energética. ........................................................................................................................ 13 Figura 6. Extracto de una boleta de la cuenta de gas. ...................................................................... 19 Figura 7. Principales recurso utilizados para autoabastecimiento en las MIPYME. ......................... 30 Figura 8. Interface de explorador eólico. .......................................................................................... 31 Figura 9. Interface de explorador eólico. Pestaña para seleccionar el tipo de reporte. ................... 32 Figura 10. Interface explorador solar. ............................................................................................... 34 Figura 11. Interface explorador solar. Pestaña para generación de reporte. ................................... 35 Figura 12. Ejemplo de instalación de sistema fotovoltaico............................................................... 40 Figura 13. Esquema sistema generación fotovoltaica aislada de Corriente Continua. ..................... 42 Figura 14. Esquema sistema generación fotovoltaica aislada de Corriente Alterna. ....................... 42 Figura 15. Esquema de configuración de sistema de generación fotovoltaica según Ley 20.571. ... 43 Figura 16. Ejemplo de sistema eólico de baja potencia. ................................................................... 45 Figura 17. Configuración de sistema fotovoltaico híbrido. ............................................................... 47 Figura 18. Esquema de sistema para producción de biogás. ............................................................ 49 Figura 19. Ejemplo de colectores planos. ......................................................................................... 50 Figura 20. Colector de tubo al vacío.................................................................................................. 51 Figura 21. Calculadora solar térmica. ................................................................................................ 56 Figura 22. Calculadora solar fotovoltaica. ......................................................................................... 56 Figura 23. Extracto boleta gas ........................................................................................................... 65

5

1

Objetivo

Apoyar la estructuración técnica de proyectos de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) para autoabastecimiento energético, total o parcial, de Micro, Pequeñas y Medianas Empresas (MIPYME) de la Región del Biobío. Se define MIPYME como aquella microempresa, pequeña empresa y/o mediana empresa cuyas ventas anuales sean menores a 100.000 UF, según clasificación del Servicio de Impuestos Internos, SII, que cuentan con inicio de actividades ante SII y que tributan en Primera Categoría del Impuesto a la Renta.

6

2

Actores que participan en el desarrollo de un proyecto de Energías Renovables

Para efectos del presente documento, y en relación a lo indicado en las Bases Técnicas y Administrativas del Programa “Fondo Regional de Sensibilización y Cofinanciamiento de Proyectos de Inversión en Energías Renovables No Convencionales para Autoabastecimiento para MIPYME de la Región del Biobío”, se define lo siguiente: -

Postulante: personas naturales o jurídicas, que desarrollen su actividad económica en alguna comuna de la Región del Biobío, cuyas ventas anuales sean menores a 100.000 UF (microempresa, pequeña empresa y/o mediana empresa, según clasificación del Servicio de Impuestos Internos), y que tributen en Primera Categoría del Impuesto a la Renta.

En este documento nos podremos referir a Postulante o MIPYME que presente el proyecto.

7

3

Introducción a un proyecto de energía renovable

Antes de iniciar un proyecto de autoabastecimiento energético basado en Energías Renovables No Convencionales (ERNC) para una Micro, Pequeña o Mediana empresa (MIPYME), existen algunas preguntas que el Postulante del proyecto debiera analizar y que le serán de utilidad en la configuración técnica y financiera del proyecto. Estas preguntas son:

1. ¿Cuál es la necesidad energética de la empresa ?

•Identificar el tipo energía que necesita la empresa para la operación (calor, electricidad, agua caliente, vapor, etc.) y el uso de ésta.

2. ¿Cuánta energía utiliza actualmente la empresa?

•El desarrollador debe conocer el consumo energético de la empresa (kWh, m3 de agua, m3 de vapor, m3 de gas, etc.).

3. ¿Cuánto es el costo en energía para la empresa?

•Se debe conocer cuánto dinero gasta la empresa por concepto de energía, lo que se refleja en las cuentas de luz, gas , etc.

4. ¿Qué medidas de eficiencia energética se pueden implementar en la empresa?

•Acciones y/o inversiones que se pueden realizar en el corto plazo, para aumentar la eficiencia energética de la empresa.

5. ¿Cuál es la disponibilidad del recurso renovable que dispone la empresa?

•Se debe conocer cuanto recurso hay disponible para la obtención de energía y que necesidad se puede satisfacer con él.

6. ¿Cuáles son los tipos de ERNC y las soluciones tecnológicas a pequeña escala?

•Identificar la fuente de ERNC y las soluciones que tecnológicas a pequeña escala que se pueden aplicar en la empresa.

7. ¿Cuál es el beneficio económico de implementar un proyecto de ERNC?

•El desarrollador debe evaluar el proyecto, determinando inversión, ahorro y tiempo de retorno de la inversión.

Figura 1. Preguntas que se deben responder antes de realizar un proyecto de Energías Renovables.

Los siguientes capítulos ayudarán al Postulante del proyecto a contestar cada una de las preguntas planteadas y, al finalizar esta guía, podrá contar con la base para el desarrollo de un proyecto de autoabastecimiento basado en ERNC.

8

4

Análisis del consumo energético

En este Capítulo se entregan herramientas para caracterizar el consumo energético actual en una MIPYME, para lo cual es necesario seguir los siguientes pasos: -

Identificar usos y fuentes de energía actuales de la MIPYME. Cuantificar el consumo de cada una de las fuentes utilizadas en la MIPYME. Determinar el costo en energía total de la MIPYME, identificando cuál o cuáles usos representan actualmente el mayor gasto en energía para la empresa.

La definición más común de energía tiene que ver con la Física y es la capacidad para producir un efecto o trabajo. También podemos decir que: -

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo. La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.

Algunas unidades de medida de energía usadas generalmente son: Tabla 1. Unidades de medida de energía.

Unidad Joule Watt hora Calorías British Thermal Unit

Abreviatura J Wh Cal BTU

Uso de la Unidad Energía Mecánica Energía Eléctrica Energía Térmica Contenido energético de combustibles

En términos de Energía Eléctrica, se define que la energía es el producto de la Potencia Eléctrica (expresada en kilowatt, kW) por el tiempo, expresado en horas (h). Generalmente se mide en Watt hora (Wh) o kilowatt hora (kWh). En la siguiente tabla se indican unidades de medida de la energía eléctrica. Tabla 2. Unidades de medida de energía eléctrica.

Unidad de medida 1.000 Wh = 1 kWh 1.000 kWh = 1 MWh

Se lee: Un Kilowatt hora Un Megawatt hora

De lo indicado anteriormente, se tiene que: Energía = Potencia x Tiempo

9

4.1

Fuentes de energía y usos energéticos

Las fuentes de energía con las cuales se satisfacen los requerimientos energéticos se clasifican en: -

-

Fuentes de energía primaria: son aquellas que se encuentran en la naturaleza y pueden ser utilizadas sin un proceso de transformación. Estas pueden estar disponibles en forma directa, como la biomasa, energía hidráulica, energía del mar, energía eólica y energía solar, o bien, pueden estar disponibles en forma indirecta, como por ejemplo, el petróleo crudo y gas natural, que requieren de extracción. Fuentes de energías secundarias: aquellas que provienen de la transformación física, química o bioquímica, de una fuente de energía primaria. Entre ellas se encuentran la electricidad, los derivados del petróleo (bencina, parafina, diesel, entre otras), carbón mineral y el gas de ciudad.

Las fuentes de energías primarias se clasifican en renovables y no renovables; las fuentes de energías renovables son aquellas fuentes inagotables (sol, viento), o bien, que se renuevan a escala de tiempo humana; y corresponden a las energías provenientes de los recursos solar, eólico, hidráulico, biomasa, marina y geotermia. Las fuentes de energías primarias no renovables son aquellas que no se renuevan a escala de tiempo humana, es decir, los combustibles fósiles como el carbón, petróleo, gas natural. En el Capítulo 6 se describirán en detalle los tipos de energías renovables, en particular, aquellas denominadas Energía Renovables No Convencionales, ERNC. Los usos energéticos corresponden a los usos que se le da a la energía en la MIPYME, usos que dependerán de la actividad de ésta, y que se pueden dividir en usos relacionados con la generación de frío y calor (aplicaciones térmicas) y aplicaciones eléctricas. A continuación se presentan algunos ejemplos de usos y fuentes. Tabla 3. Ejemplo de usos energéticos para generación de frío y calor.

Usos para generación de frío y calor Refrigeración Calefacción residencial /comercial Generación calor industrial (gases vapor) Enfriamiento/ventilación de espacios Generación de agua caliente sanitaria

Fuente(s) de energía Electricidad Leña, gas licuado, parafina, gas natural, electricidad Gas natural, petróleo Electricidad Gas natural, gas licuado, electricidad

Entre las aplicaciones que utilizan energía eléctrica se encuentran: iluminación, uso de computadores, electrodomésticos, herramientas eléctricas, bombas, etc.

10

Como ejemplo, veamos el caso de un complejo turístico compuesto por cabañas, un salón de eventos y tinas de agua caliente. El agua caliente para las cabañas y para la calefacción proviene de una caldera a gas licuado. Con esta información se construye una tabla de identificación de usos energéticos y fuentes de energía, como la presentada en la Tabla 2. Tabla 4. Tabla de identificación de usos energéticos y fuente de energía en MIPYMES.

Uso Energético Agua caliente para cabañas Temperado de tinas calientes Climatización (Calefacción en invierno en cabañas) Climatización (Calefacción en invierno en sala de eventos) Climatización (Ventilación en verano en cabañas) Iluminación cabañas Iluminación exterior Iluminación sala eventos Otros consumos: Electrodomésticos cabañas Otros consumos: Electrodomésticos sala de eventos

4.2

Fuente de energía Gas licuado Leña Gas licuado Gas licuado Electricidad Electricidad Electricidad Electricidad Electricidad Electricidad

Consumo de electricidad

El consumo de electricidad se mide en kilowatt hora o kWh, durante una cantidad de tiempo determinado. Se puede obtener de la lectura directa de las boletas o facturas de electricidad, o bien, calculándolo a partir de la suma de los consumos de cada uno de los artefactos eléctricos que dispone la instalación. A continuación se describen ambos métodos. 4.2.1 Lectura de las boletas o facturas de electricidad. A partir de la lectura de las boletas o facturas pagadas, se puede conocer cuánto consume la instalación en electricidad. Por ello, se recomienda juntar las boletas o facturas que la MIPYME ha pagado por el periodo de un año, para determinar cuáles son los meses de menor y de mayor consumo eléctrico. Las empresas que distribuyen energía eléctrica emiten facturas y boletas que tienen contenido similar. Las empresas distribuidoras de energía eléctrica presentes en la Región del Biobío se indican en Tabla 5. Tabla 5. Empresas distribuidoras de energía eléctrica presentes en la Región del Biobío.

Nombre Empresa Coelcha Coopelan Copelec

Página web www.coelcha.cl www.coopelan.cl www.copelec.cl

11

Nombre Empresa CGE Emelectric 1 Frontel 2 Luz Parral

Página web www.cgedistribucion.cl www.cgedistribucion.cl www.saesa.cl www.luzparral.cl

Como ejemplo, se analizará una boleta de la empresa CGE Distribución.

Figura 2. Extracto boleta (superior derecho) de empresa distribuidora de electricidad en el Gran Concepción.

Según esta boleta: Consumo mensual de electricidad = 54 kWh Además la boleta nos entrega información respecto al costo diario en energía eléctrica, ya que los 54 kWh es dividido por el periodo medido (9 de mayo a 6 de junio de 2014), es decir, 29 días. Lo anterior da como resultado los $177 pesos por día que se gastan en energía eléctrica para este ejemplo. 4.2.2 Suma de los consumos individuales de los artefactos eléctricos. Otra forma de obtener el consumo de energía eléctrica consiste en calcular y sumar los consumos de cada uno de los artefactos eléctricos de los que disponemos en el hogar, oficina o donde se quiera instalar el sistema generación eléctrica con ERNC.

1 2

La empresa distribuidora de energía eléctrica Emelectric pertenece al Grupo CGE. La empresa distribuidora de energía eléctrica Frontel pertenece al Grupo de Empresas SAESA.

12

Muchos de los artefactos eléctricos de uso común cuentan con etiquetas en las que se especifica la potencia eléctrica (en W o kW) o el consumo energético mensual (kWh/mes), como las mostradas en las siguientes figuras:

Figura 3. Ejemplo de etiqueta en calefactor eléctrico. Certificado de aprobación.

En la Figura 3 se muestra una etiqueta de un calefactor eléctrico. En ella se observa que la potencia del artefacto es de 1.850 – 2.200 W.

Figura 4. Ejemplo de etiqueta en refrigerador. Eficiencia energética. Fuente: Agencia Chilena de Eficiencia Energética.

En la Figura 4 se muestra una etiqueta de un refrigerador, correspondiente a la clasificación de Eficiencia Energética. Se observa que el consumo mensual de energía para el refrigerador es 20,22 kWh.

13

También se puede obtener la potencia eléctrica desde los catálogos o cajas de embalaje de los artefactos. De no encontrarse esa información, a continuación se presenta un listado de las potencias típicas de los artefactos eléctricos más comunes 3: Tabla 6. Listado de potencias típicas en artefactos eléctricos comunes.

Artefacto eléctrico Refrigerador Tubos fluorescentes Pantalla LED Televisor convencional Ampolleta ahorro de energía Calefactor eléctrico Hervidor eléctrico Horno eléctrico Lavadora Computador de escritorio (CPU y pantalla) Notebook

Potencia típica 200 W 18 – 36 W 5 – 10 W 100 W 12 W 1.500 – 2.000 W 2.000 – 2.200 W 1.000 – 2.000 W 300 W 200 W 20 – 90 W

Dado que lo que se necesita es conocer el consumo eléctrico mensual de un artefacto eléctrico, debemos calcular lo siguiente: Consumo eléctrico mensual de un artefacto (Wh) = Potencia de artefacto (W) x Horas de encendido diarias x días del mes x Factor de Consumo 100 Algunos artefactos eléctricos tienen un consumo variable, por ello se define el Factor de Consumo. Por ejemplo, un refrigerador se encuentra enchufado todo el día, sin embargo, el motor se prende y apaga cada cierta cantidad de tiempo, dependiendo de las condiciones de uso, del ambiente en el que se encuentra y de la eficiencia del mismo. En general, para un refrigerador el Factor de Consumo se encuentra entre 30-50, lo que significa que está consumiendo energía eléctrica entre el 30% al 50% del tiempo. Si no se conoce el Factor de Consumo de los artefactos eléctricos, se puede asumir 100. El consumo total mensual se calcula sumando los consumos mensuales de cada artefacto eléctrico. Por ejemplo, calcularemos el consumo eléctrico diario para una oficina que posee los siguientes artefactos: 1 refrigerador, 4 computadores, 1 hervidor, 12 tubos fluorescentes. La oficina trabaja 22 días al mes.

3

No olvidar la siguientes equivalencias: 1.000 W = 1 kW. También 1.000 Wh = 1 kWh (ver Tabla 2).

14

-

Refrigerador: aunque está enchufado todo el día, se ha determinado que el motor funciona un 30% del tiempo (24 horas x 30% = 7,2 horas al día), por lo que su Factor de Consumo es de 30. La Potencia eléctrica del equipo es de 200 W. Consumo mensual refrigerador = 200 W × 24

h días 30 × 30 × = 43.200 Wh día mes 100

Consumo mensual refrigerador = 43,2 kWh

-

Computador de escritorio: Funciona en promedio 10 horas al día y se asume un Factor de Consumo de 100, debido a que el computador se encuentra encendido las 10 horas completas. La Potencia eléctrica del equipo es de 200 W.

Consumo mensual de un computador = 200 W × 10

h días 100 × 22 × = 44.000 Wh día mes 100

Consumo mensual de computador = 44 kWh

Consumo mensual de 4 computadores = 44 kWh x 4 = 176 kWh -

Tubos fluorescentes: Funcionan en promedio 10 horas al día y se asume un Factor de Consumo de 100. Cada tubo tiene una Potencia eléctrica de 28 W.

Consumo mensual de un tubo = 28 W × 10

h días 100 × 22 × = 6.160 Wh = 6,16 kWh día mes 100

Consumo mensual de 12 tubos = 6,16 kWh x 12 = 73,92 kWh

-

Hervidor: Funciona en promedio 15 minutos diarios (0,25 horas) y su Factor de Consumo es de 100. La Potencia eléctrica del hervidor es de 2.000 W.

Consumo mensual del hervidor = 2.000 W × 0,25

h día

× 22

días mes

×

100 100

= 11.000 Wh = 11 kWh

El consumo total mensual corresponde a la suma de los consumos individuales, es decir:

Consumo total mensual (kWh) = 43,2 kWh + 176 kWh + 73,92 kWh + 11 kWh Consumo total mensual (kWh) = 304, 12 kWh

15

4.3

Costo de energía eléctrica

El costo de la energía eléctrica se puede obtener de las boletas y facturas de energía eléctrica. Otra forma de obtener el costo en electricidad consiste en multiplicar los kWh consumidos por el precio del kWh. El precio del kWh se encuentra publicado en las páginas web de las empresas distribuidoras (ver Tabla 5). El precio publicado corresponde a la suma del cargo único por uso del sistema troncal (líneas de trasmisión y distribución de la energía eléctrica) y del cargo por energía base. Estos cargos varían de acuerdo al tipo de cliente, región del país y de la comuna. Las tarifas de de energía eléctrica son establecidas de acuerdo con fórmulas de cálculo fijadas cada cuatro años mediante Decretos que establecen las distintas opciones tarifarias a las que puede acceder un usuario final, dependiendo de su tipo de consumo, el cual puede elegir libremente la opción tarifaria de su conveniencia, por un plazo mínimo de un año, al cabo del cual puede modificarla o mantenerla. Dichas opciones tarifarias se han estructurado de acuerdo a las diversas formas de consumo de la energía eléctrica (sólo energía; potencia máxima leída o contratada; y potencia leída o contratada horariamente), bajo dos categorías de clientes: en Alta Tensión (AT) y en Baja Tensión (BT). La inclusión en una u otra categoría depende de si el usuario está conectado con su empalme a líneas de voltaje superiores o inferiores a 400 volts. Así, las opciones tarifarias para los clientes en baja tensión son: Tabla 7. Tipos de Tarifas para clientes en Baja Tensión (BT).

Tipo de Tarifa BT1 BT2 BT3 BT4 BT4.1 BT4.2 BT4.3

Descripción Medición de energía cuya potencia conectada sea inferior a 10 kW o la demanda sea limitada a 10 kW (residencial). Medición de energía y contratación de potencia (comercial y alumbrado público). Medición de energía y medición de demanda máxima. Medición de energía y alguna de las siguientes modalidades. Contratación de demanda máxima de potencia en horas de punta y de la demanda máxima de potencia. Medición de demanda máxima de potencia en horas de punta y contratación de la demanda máxima de potencia. Medición de demanda máxima de potencia en horas de punta y de la demanda máxima de potencia suministrada.

Cada una de estas tarifas tiene su correspondiente paralelo para clientes en Alta Tensión (AT).En resumen, las tarifas que cobran las distribuidoras eléctricas a sus clientes dependen de: -

Si el suministro es de Alta o Baja Tensión (AT o BT).

16

-

La potencia requerida por el cliente y/o la distribución temporal de sus consumos máximos. El costo asumido por la compañía distribuidora para llegar hasta las instalaciones del cliente y la forma en que lo hizo (cableado aéreo o subterráneo).

Por ejemplo, para un cliente con tarifa BT1 en Concepción, el cargo por uso del sistema troncal es 0,953 $/kWh y el cargo de energía base es 95,732 $/kWh, es decir, el precio total por kWh es $96,685 pesos (Fuente: CGE). Si multiplicamos el precio de 1kWh por el consumo mensual, obtendremos el costo mensual de electricidad. Usando el mismo ejemplo de la oficina de la sección 4.2.2, tendríamos: Costo mensual electricidad = Consumo mensual x Costo de 1 kWh Costo mensual electricidad = 304,12 kWh x 96,685 $/kWh Costo mensual electricidad = $29.404.Al finalizar esta sección, el Beneficiario estará preparado para completar la siguiente tabla:

Diciembre

Noviembre

Octubre

Septiembre

Agosto

Julio

Junio

Mayo

Abril

Marzo

Febrero

Enero

Tabla 8. Tabla resumen de consumo y costos de electricidad, a completar por el lector

Consumo mensual (kWh) Costo mensual (pesos)

4.4

Consumo de agua caliente sanitaria

El Agua Caliente Sanitaria, ACS, corresponde al agua potable que es calentada y destinada al consumo sanitario en baños, lavado, cocina u otros usos. El consumo de ACS se divide en el consumo de agua y el consumo de la energía necesaria para calentar el agua. 4.4.1 Determinación del consumo de agua Para determinar la energía requerida para obtener ACS, primero se debe calcular cuánta agua caliente se utiliza. En la siguiente tabla se presenta una guía para estimar el consumo según el tipo de uso.

17

4

Tabla 9. Consumo promedio de agua caliente sanitaria, según tipo de consumidor .

Tipo de Consumo Viviendas unifamiliares Viviendas multifamiliares Hospitales y clínicas Centro de salud ambulatorio Hoteles (4 estrellas) Hoteles (3 estrellas) Hoteles/Hostales (2 estrellas) Hostales/Pensiones (1 estrella) Campings Residencias (ancianos, estudiantes, etc.) Vestuarios/Duchas colectivas Escuelas sin ducha Escuelas con ducha Cuarteles Fábricas y talleres Oficinas Gimnasios Lavanderías Restaurantes Cafeterías

Consumo en Litros por Día (l/día) 40 30 80 60 100 80 60 50 60 80 20 5 30 30 20 5 30 a 40 5a7 8 a 15 2

Base de cálculo Por persona Por persona Por cama Por usuario Por cama Por cama Por cama Por cama Por emplazamiento Por cama Por servicio Por alumno Por alumno Por persona Por persona Por persona Por usuario Por kilo de ropa Por comida Por almuerzo

El consumo mensual total de agua se calcula como: Consumo mensual Agua Caliente Sanitaria (litros) = Consumo diario por usuario (litros) x N° de usuarios x días de uso mensual 4.4.2 Determinación de la energía requerida para calentar agua Una vez conocida la cantidad de agua caliente sanitaria, se debe calcular la energía que se requiere para calentarla: Energía mensual para calentar agua = Consumo mensual de Agua Caliente Sanitaria (litros) x 0,001163 x (T° Uso °C – T° Red C°) En la ecuación anterior, el Factor 0,001163 corresponde al Poder Calorífico del agua en

kWh litros °C

Las temperaturas de la red 5 para cada comuna se encuentran en el Anexo 1 de este documento.

4

Fuente: Sistemas Solares Térmicos II (MINENERGIA/GEF/PNUD/CDT, 2010).

18

Por ejemplo, usaremos el caso de una hostal con capacidad de 20 camas, todas ocupadas durante un mes. La temperatura de la red de agua es de 10,2°C, que corresponde a la temperatura media mensual para el mes de Julio en la comuna de Concepción, y la temperatura a la que se utiliza el agua en la ducha 6 es de 37°C. Primero determinamos la demanda de agua caliente sanitaria: Consumo mensual Agua Caliente Sanitaria (litros) = 50 litros/día/cama x 20 camas x 31 días Consumo mensual Agua Caliente Sanitaria (litros) = 31.000 litros Consumo mensual Agua Caliente Sanitaria (litros) = 31 m37 En segundo lugar determinamos la energía requerida para calentar el agua caliente: Energía mensual para calentar agua = Consumo mensual de Agua Caliente Sanitaria (litros) x 0,001163 x (T° Uso °C – T° Red °C) Energía mensual para calentar agua = 31.000 litros x 0,001163 x (37°C – 10,2°C) Energía mensual para calentar agua = 966,2 kWh

4.5

Costo de agua caliente sanitaria

El costo del agua caliente sanitaria corresponde a la suma del costo del agua potable y del costo de la energía que se utiliza para calentarla. El costo el agua potable no depende del tipo de fuente de energía que se utilice para calentar el agua, por ello no influye en el cálculo del ahorro en energía. Por esa razón, en esta sección sólo se considerará el costo de la energía requerida para calentar agua. Si se utiliza gas de cañería, el costo de la energía se obtiene directamente de la lectura de las boletas de gas. Por ejemplo, la Figura 6 muestra el extracto de una boleta, en el que aparece el consumo en pesos y los estados del medidor al inicio y término del periodo de medición.

Figura 5. Extracto de una boleta de la cuenta de gas. 5

Temperatura de Red se refiere a la temperatura medida en °C en que sale el agua potable desde la red de distribución (cañerías). 6 Para el caso del agua caliente utilizada en la ducha, una temperatura de hasta 38°C (3°C más que el cuerpo humano) es suficiente para poder asearse y sentirse cómodo. 7 3 1 metro cúbico (m ) corresponde a 1.000 litros de agua.

19

El consumo en metros cúbicos se obtiene de la resta entre la lectura actual y la lectura anterior, es decir, 6.299 m3 menos 6.292 m3, lo que es igual a 7 m3 y el costo de esto corresponde a $3.682 pesos. Es recomendable recopilar boletas o facturas de gas por un periodo de un año, para conocer cuál o cuáles son los meses de mayor y menor consumo. En el caso de que el gas se utilice además para otros usos o se utilice otro combustible para calentar agua, el costo en energía se determina de acuerdo al procedimiento descrito en el Anexo 2. Luego de determinar el consumo de agua caliente sanitaria y la energía requerida para calentar el agua, el Beneficiario puede completar la siguiente tabla resumen.

Diciembre

Noviembre

Octubre

Septiembre

Agosto

Julio

Junio

Mayo

Abril

Marzo

Febrero

Enero

Tabla 10. Tabla resumen consumo de agua potable y energía para obtener agua caliente sanitaria, a completar por el lector.

Consumo mensual de agua caliente (litros) Energía requerida para calentar agua (kWh) Costo mensual en combustible (pesos) Tipo de combustible

4.6

Consumo de energía para calefacción

En esta sección el Postulante podrá determinar la energía que requiere para la calefacción de un ambiente (oficina, casa, cabañas, etc.). La energía requerida para calefacción depende de factores como: -

Tamaño del ambiente a calefaccionar. Nivel de aislación de la edificación. Eficiencia del sistema de generación de calor. Zona climática en la que se ubica el espacio a calefaccionar. Temperatura de confort de los usuarios.

El consumo de energía para calefacción se puede determinar directamente de las cuentas de los consumo de gas natural o electricidad, o bien, a partir de la cantidad de gas licuado, leña o parafina comprada mensualmente, según sea el tipo de combustible utilizado para calefacción.

20

A partir de la cantidad de combustible utilizado, se puede determinar la cantidad de energía que se requiere para calefacción: Energía para calefacción mensual (kWh) = Poder calorífico combustible x consumo de combustible mensual x rendimiento calefactor Los rendimientos para diferentes sistemas de calefacción se presentan en la siguiente tabla: Tabla 11. Rendimiento promedio de equipos para calefacción por combustión directa.

Equipo Estufa a gas abierta (mitad con termostato, mitad sin termostato) Estufa a gas con chimenea Chimenea a leña sin termostato Cocina a leña sin termostato Calefactor a leña convencional sin termostato Salamandra a leña sin termostato Estufa a pellets Estufa a parafina (mitad con termostato, mitad sin termostato) Estufa eléctrica (mitad con termostato, mitad sin termostato)

Rendimiento 0,9 0,67 0,13 0,43 0,64 0,34 0,89 0,9 0,95

De la Tabla anterior podemos notar las importantes diferencias entre los rendimientos de distintos tipos de equipos para calefacción. El rendimiento del equipo de calefacción debería ser un factor clave a la hora de seleccionar el tipo de equipo que se comprará y utilizará, ya que el rendimiento influye en la cantidad de combustible que deberé comprar para obtener el calor que necesito. Los poderes caloríficos para algunos combustibles se presentan en la Tabla 12: 8

Tabla 12. Poderes caloríficos de combustibles comunes .

Combustible Gas licuado Parafina Gas natural 9 Leña

Poder calorífico 14,036 kWh/kg 12,876 kWh/litro 6,11 - 10,82 kWh/m3 4,18 kWh/kg

Por ejemplo, si mensualmente una casa consume 25 litros de parafina en calefacción, la energía consumida al mes es: Energía calefacción mensual (kWh) = 9,83 kWh/litros x 25 litros x 0,9 8

Se utilizaron los Poderes Caloríficos del Balance Energético 2013, disponible en el Ministerio de Energía (www.minenergia.cl). 9 3 3 Corresponden a las dos líneas comercializadas por Gas Sur en la Región del Biobío: 5.250 KCal/m y 9.300 KCal/m .

21

Energía calefacción mensual (kWh) = 221,2 kWh

4.7

Costo de calefacción

En esta sección se determinará el costo de energía en calefacción, el cual se puede determina multiplicando el consumo de combustible mensual por el precio del combustible. Costo mensual calefacción (pesos) = Consumo mensual combustible x precio combustible En la siguiente tabla se presentan precios referenciales para algunos combustibles comunes utilizados en calefacción. Tabla 13. Precios referenciales para diferentes combustibles utilizados en calefacción.

Combustible Gas licuado 10 Parafina 11 Gas natural 12 Leña 13

Precio 1.450 pesos/kg 427 - 738 pesos /litro 359 - 1.912 pesos/m3 100 - 150 pesos/kg

Para el ejemplo anterior, el costo de combustible sería: Costo mensual calefacción (pesos) = 25 litros x 700 $/litros Costo mensual calefacción (pesos) = $17.500.Con la información entregada en esta sección el lector podrá completar la siguiente tabla:

Diciembre

Noviembre

Octubre

Septiembre

Agosto

Julio

Junio

Mayo

Abril

Marzo

Febrero

Enero

Tabla 14. Tabla resumen de costo en calefacción.

Combustible utilizado Consumo combustible Energía (kWh/mes) Costo (pesos/mes)

10

Precio referencial. Fuente: Comisión Nacional de Energía. 12 3 Precio lista para consumo hasta 50 m al mes. Estos varían dependiendo del nivel de consumo y de la tarifa contratada. El valor real se obtiene de la boleta de gas. Fuente: Gas Sur S.A. 13 Precio referencial. 11

22

5

Análisis de eficiencia energética

Antes de pensar en invertir en un proyecto de autoabastecimiento en ERNC, el dueño de una MIPYME debe analizar que tan eficiente es su empresa en la utilización de energía, identificando acciones e inversiones menores, que pueden concretarse en el corto plazo, tendientes a: -

Reducir el consumo energético, sin disminuir la calidad de los bienes y/o servicios que provee la empresa, y sin disminuir el confort de los trabajadores de la empresa. Mantener o reducir el consumo energético, aumentando la capacidad de producción y/o confort de los trabajadores de la empresa.

Lo anterior se conoce como Eficiencia Energética, que se define como el conjunto de acciones que permiten optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Por eso, ser eficientes con el uso de la energía significa “hacer más con menos”. El reducir el consumo de energía térmica y/o eléctrica implica que la inversión necesaria para la instalación de un proyecto de Energía Renovable sea menor, debido a que las necesidades energéticas se han reducido. La Agencia Chilena de Eficiencia Energética (AChEE) es una fundación de derecho privado, sin fines de lucro, dedicada a promover, fortalecer y consolidar el uso eficiente de la energía articulando a los actores relevantes, a nivel nacional e internacional, e implementando iniciativas público privadas en los distintos sectores de consumo energético, contribuyendo al desarrollo competitivo y sustentable del país. En su página web, www.acee.cl, es posible encontrar diverso material técnico y guías que entregan información y consejos sobre cómo incorporar la Eficiencia Energética en nuestras actividades productivas 14. A modo de ejemplo indicamos algunos consejos y medidas de eficiencia energética que pueden ser llevadas a cabo en una MIPYME. a) Consejos prácticos para el uso eficiente de la electricidad - Cambiar las ampolletas incandescentes, tubos fluorescentes y luces halógenas, por unos de alta eficiencia. - Instalar sensores de movimiento en luces de exterior. - Apagar las luces al salir de una habitación o cuando no se esté utilizando. - Desenchufar los artefactos eléctricos en desuso. - Iluminar directamente las áreas de trabajo, como escritorios, de modo de aprovechar de una mejor forma la energía.

14

Las Guías y herramientas de cálculo se encuentran disponibles en el siguiente link: http://www.acee.cl/eficienciaenergetica/ee

23

-

Configurar la pantalla de los computadores en modo ahorro de energía, o apagarla cada vez que se abandone el escritorio por unos minutos. Utilizar termos para conservar agua caliente, de modo de no tener que encender tan seguido el hervidor eléctrico. Cambiar los refrigeradores y congeladores antiguos si tienen más de 10 años de uso, debido a que éstos consumen aproximadamente el doble que los equipos nuevos. Revisar el estado de las gomas de las puertas de refrigeradores. Aprovechar la luz natural al máximo.

b) Consejos prácticos para el uso eficiente de la energía para generar agua caliente sanitaria - Cuando se utilice calefón a gas, apagar la llama del piloto cuando no se esté utilizando. - Regular la temperatura del agua desde el calentador de agua (calefón, termo eléctrico o caldera) y no agregando agua fría en la ducha, ya que se pierde energía. - Si se cuenta con un calentador de agua con termostato, ajustar la temperatura alrededor de 46°C. - Realizar mantenciones de los calentadores de agua, para aprovechar mejor la energía. - Instalar el calentador de agua cerca del lugar de consumo así se disminuye las pérdidas de energía en el trayecto. c) Consejos prácticos para el uso eficiente de la energía en calefacción - Elegir la estufa o calefactor de un tamaño acorde con el lugar que se va a calefaccionar. - Verificar el estado y la correcta instalación de la aislación del techo, ya que es por ahí donde se pierde gran parte de la energía. - Verificar el estado y la correcta instalación de los sellos de puertas y ventanas, para evitar pérdidas de calor. - Si se cuenta con sistema de calefacción con termostato, no prender y apagar éste a cada rato, porque de este modo se gasta más energía. - Si es posible, cambiar las ventanas con vidrio convencional por termopaneles, para disminuir las pérdidas de calor por los vidrios. A la hora de implementar las medidas de eficiencia energética, se debe contar con el compromiso de la administración de la empresa y de cada uno de los trabajadores. Una vez que se identifique las medidas que pueden llevarse a cabo en la MIPYME, el Postulante puede completar la siguiente tabla resumen:

24

Tabla 15. Tabla resumen análisis eficiencia energética.

Energía a ahorrar

Medida a tomar

Tiempo implementación

Estimación de ahorro mensual en pesos

Un ejemplo de cálculo se presenta en el Anexo 3.

25

6

Las Energías Renovables No Convencionales

Las fuentes de energías renovables se caracterizan porque en sus procesos de transformación y aprovechamiento en energía útil no se consumen ni se agotan en la escala de tiempo humana, además, generan impactos ambientales significativamente menores comparados a los impactos generados por tecnologías basadas en otras fuentes fósiles, sobre todo los impactos relacionados con emisiones contaminantes a la atmósfera y los efectos sobre el Cambio Climático derivados de ello. En Chile se reconocen como Energías Renovables No Convencionales, ERNC, a las energías eólica, solar, marina, geotérmica, mini hidráulica (menores a 20 MW) y bioenergía. Los beneficios que conlleva el abastecimiento, parcial o total, de energía a partir de fuentes renovables no convencionales en la pequeña y mediana empresa son: -

-

Reducción en los costos de producción debido a la disminución en el consumo de combustible fósiles y/o a la disminución del consumo de electricidad desde el sistema eléctrico. En algunos casos también se logran menores costos de operación (biomasa). El costo de la energía se independiza de la variabilidad del precio de los combustibles fósiles y del precio de la electricidad en el mercado. Aumento de la seguridad energética, debido a la disminución de la dependencia en el suministro energético externo. Reducción de los impactos ambientales locales (huella de carbono y emisiones contaminantes locales). Mejora en la gestión energética y ambiental. Valorización de residuos en el caso que éstos se utilicen para generar energía.

A continuación se presenta una breve descripción de cada uno de los tipos de ERNC.

6.1

Mini hidráulica

La energía hidráulica corresponde a la energía obtenida a partir de flujos superficiales de agua. Las tecnologías de utilización se basan en la canalización de agua en centrales hidroeléctricas, para operar turbinas hidráulicas, las que a su vez alimentan a generadores para producir electricidad. Existen dos tipos de centrales hidroeléctricas, éstas son: centrales de pasada, las cuales aprovechan la energía cinética del agua; y centrales de embalse, que almacenan agua y cuya energía primaria es la potencial (diferencia de altura). La Ley 20.257 considera como renovable no convencional a una central hidroeléctrica cuya potencia instalada sea menor a 20 MW y se denomina mini hidráulica.

26

La ventaja de este tipo de energía es que las tecnologías para su utilización son ampliamente conocidas, no requieren grandes espacios, tienen bajo costo de mantención y operación y generan bajo impacto ambiental en comparación con grandes centrales de embalse. Entre las desventajas se tiene la variabilidad del recurso hídrico durante el año y el requerimiento de la tramitación para la obtención de los derechos de agua.

6.2

Energía Geotérmica

La energía geotérmica corresponde a la energía, en forma de calor, contenida en el interior de la tierra, la cual puede ser utilizada para generar energía eléctrica y/o térmica. Esta fuente de energía se presenta principalmente en zonas de alta actividad volcánica y fallas geológicas, sin embargo existen tecnologías que pueden utilizar la temperatura de la tierra sin necesidad de realizar grandes perforaciones. Las tecnologías para su aprovechamiento se pueden clasificar según la temperatura de la fuente en: -

Geotermia de alta entalpía: Utilizan fuentes de vapor de alta temperatura (sobre 200°C) para mover directamente una turbina y generar electricidad. Geotermia de media entalpía: Utilizan temperaturas entre 150 y 200°C, para aplicaciones térmicas o generar electricidad. Geotermia de baja entalpía: Son aplicaciones térmicas que aprovechan fuentes de agua de baja temperatura o el calor del subsuelo (temperatura menor a 150°C). Este tipo de energía geotérmica tiene aplicaciones de menor escala y que actualmente se utilizan en Chile.

Las ventajas de este tipo de energía son su estabilidad a lo largo del año (no tiene variabilidad en las temperaturas), tiene una alta disponibilidad, las tecnologías para su aprovechamiento se encuentran maduras y no se requiere de mucho espacio para su instalación. Sin embargo tiene la desventaja de un alto costo de inversión e incertidumbre por la perforación requerida para la explotación del recurso, para los casos de Geotermia de alta entalpía.

6.3

Energía Marina

Es la energía contenida en el mar, ya sea cinética, potencial o química. Las tecnologías de aprovechamiento se clasifican, de acuerdo al tipo de energía, en: -

-

Undimotriz: Consisten en sistemas que aprovechan el movimiento oscilatorio de las olas, absorbiendo tanto su energía cinética como potencial. Estos pueden ser dispositivos flotantes horizontales o verticales, que aprovechan la amplitud de las olas. Además, existen dispositivos fijos en la línea de costa, que aprovechan la presión ejercida por la rompiente o la oscilación vertical de la columna de agua. Mareomotriz: Aprovecha el movimiento natural de ascenso (pleamar) o descenso (bajamar) de las aguas. Las principales fuentes de generación mareomotriz son aquellas ubicadas mar adentro y las ubicadas en estuarios. Las tecnologías de energía mareomotriz 27

-

se clasifican principalmente en centrales de barrera, flujos de mareas y tecnología de flujo estuarial. Corrientes oceánicas: Estas tecnologías aprovechan la energía hidrocinética producida por las grandes corrientes oceánicas.

Las ventajas de la energía marina es que está presente en las costas de todo el mundo, se presenta en diversas formas utilizables y las tecnologías para su utilización son escalables. Sin embargo, éstas tienen asociado alto costo de inversión y no están maduras tecnológicamente hablando, ya que no se cuenta con aplicaciones comerciales de pequeña escala que se puedan adquirir para su aprovechamiento. Además, la disponibilidad del recurso es variable y se compite por espacio con múltiples usos en línea de costa (pesca, recreación, puertos, etc.).

6.4

Bioenergía

La bioenergía es la energía obtenida a partir de la biomasa, que a su vez se define como toda materia orgánica, de origen vegetal o animal, o procedente de la transformación de la misma, ya sea en forma natural o artificial. La biomasa puede ser utilizada para producir energía térmica, electricidad o biocombustibles (sólidos, líquidos o gaseosos) y se clasifica en: -

-

Biomasa natural: Es aquella que se encuentra en la naturaleza sin intervención humana. Un ejemplo lo constituyen los desechos naturales de un bosque. Biomasa residual: Es aquella que proviene de las actividades agrícolas, ganaderas y forestales. Los vertidos biodegradables tales como las aguas residuales urbanas, industriales o purines también se consideran biomasa residual. Cultivos energéticos: Cultivos realizados con la finalidad de producir biomasa transformable en biocombustible.

Entre las ventajas de esta fuente energética podemos decir que es una fuente muy versátil, siendo posible generar electricidad, calor o ambos (cogeneración) a partir de diversos procesos físico químicos. Tiene factores de planta similares al de los de un combustible fósil (superior al 80% de funcionamiento). Sus costos de operación son menores que el de las tecnologías fósiles tradicionales. La desventaja pasa por depender mucho de la disponibilidad de la biomasa, la cual no siempre está disponible en un mismo lugar, cantidad y/o calidad, debido a dispersión de las fuentes.

6.5

Energía Eólica

La energía eólica se produce por la transformación de la energía cinética contenida en el viento en energía utilizable. Debido a que el viento se produce por las diferencias de temperaturas entre las masas de aire en la atmósfera, la que es calentada por el sol, se considera a la energía eólica como una forma indirecta de energía solar.

28

Las tecnologías para la utilización de la energía eólica consisten básicamente en turbinas cuyas aspas se mueven producto del viento. Este movimiento (energía mecánica) puede convertirse en energía eléctrica por medio de un generador, o bien, ser utilizado directamente para movimientos mecánicos, como por ejemplo un sistema de bombeo. La ventaja de la energía eólica es que su utilización no genera emisiones a la atmósfera, es compatible con otros usos de suelo, como la agricultura y la ganadería. Entre las desventajas se puede mencionar la generación de ruido por las turbinas eólicas y el impacto visual, alterando el paisaje.

6.6

Energía Solar

La energía solar corresponde a la energía recibida en la tierra proveniente del sol. La energía recibida en la superficie de la tierra recibe el nombre de irradiancia, y varía según la hora del día, la inclinación de los rayos del sol y la cobertura de las nubes. La radiación global recibida en una superficie es la suma de las componentes directa y difusa. La radiación directa proviene del disco solar, mientras que la difusa se origina de la dispersión de la radiación de la atmósfera y proviene de todo el cielo, excepto del disco solar. La energía solar puede ser utilizada directamente para generar electricidad (sistemas fotovoltaicos), o bien, para generar calor (colectores solares térmicos). Además, es posible generar indirectamente energía eléctrica, mediante sistemas de concentración solar de potencia. Esta energía es la más abundante y está disponible en toda la superficie de la tierra. Su desventaja radica en que se encuentra disponible sólo durante las horas del día y su intensidad es variable según la estación del año, hora del día, latitud, longitud. En los últimos dos años, los costos de las tecnologías de Energía Solar han experimentado significativas reducciones, junto con hacerse más conocidas y accesibles en términos técnicos.

29

7

Análisis del recurso

Conocido el consumo de energía, es necesario analizar cuál es la fuente de energía renovable más apropiada para el lugar de emplazamiento y cuantificarla. Para ello es bueno analizar más de una opción. En este Capítulo, se revisarán los aspectos claves que se deben tener en cuenta al analizar cada uno de los recursos y el Beneficiario podrá responder a las preguntas sobre qué tipo de consumo energético se va a suplir y qué recurso energético se va a utilizar. En la siguiente figura se presentan tipos de necesidades que se pueden satisfacer con distintos recursos energéticos, considerando soluciones a pequeña escala.

Electricidad

Energía térmica (calor/frío)

• Viento • Radiación solar • Caudales superficiales de agua • Biomasa (principalmente Biogás) • Radiación solar • Biomasa (biogás y madera como pellet o chip) • Geotermia de baja entalpía 15

Figura 6. Principales recurso utilizados para autoabastecimiento en las MIPYME .

7.1

Recurso viento

La generación de energía a partir del viento depende fundamentalmente de las condiciones del lugar donde se quiere realizar el proyecto de generación (geografía, clima, entre otras). Al momento de evaluar el recurso eólico, se deben tener en cuenta la velocidad, dirección y frecuencia del viento. Las fuentes para obtener la información requerida para la caracterización de los vientos, se pueden dividir en: -

15

Inspección visual, que consiste en la observación de la copa de los árboles para tener una noción de la dirección y de la magnitud del viento, Campañas de medición, que consisten en mediciones en el sitio donde se instalará el sistema eólico, por un periodo de tiempo de al menos un año, y Mapas basados en simulaciones realizadas con modelos de vientos, que describen a gran escala el potencial mundial, nacional y local de generación eólica. Muchos de los mapas

Fuente: Elaboración propia.

30

eólicos son de uso público y entregan la información requerida para una evaluación preliminar de un proyecto. En el sitio web http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Eolico2/, se encuentra disponible el Explorador Eólico, que permite analizar información de los vientos y el desempeño de diferentes tecnologías en Chile. En la siguiente figura se muestra la interfaz del explorador:

16

Figura 7. Interface de explorador eólico .

Al hacer clic sobre el mapa, se puede mover la ubicación del indicador de posición, de acuerdo al sitio que se quiere analizar. El mapa muestra la velocidad promedio del viento en el sitio a 95 metros de altura. El ejemplo corresponde a una zona de la playa de Dichato, en donde la velocidad promedio se encuentra entre 5 y 6 metros/segundo. Para una información más detallada se debe ir a la sección “Reportes”, en la que se puede analizar tanto los vientos como el desempeño de las tecnologías. Al hacer clic en la sección, se desplegará una pestaña como la mostrada a continuación:

16

Fuente: Departamento de Geofísica, Universidad de Chile.

31

17

Figura 8. Interface de explorador eólico. Pestaña para seleccionar el tipo de reporte .

En ella, se pueden definir exactamente las coordenadas del sitio y se puede seleccionar la altura a la que se quiere realizar la evaluación. Si se selecciona como variable analizar viento, el informe que se generará incluirá la siguiente información: -

Las velocidades máximas, mínimas y promedios mensuales Ciclos Frecuencias Dirección del viento

Si se selecciona como variable a analizar la potencia del aerogenerador, se desplegará otra pestaña con modelos y potencia de aerogeneradores comerciales, entre los cuales se debe seleccionar el que se quiere evaluar. El reporte mostrará información estadística, tal como 17

Fuente: Departamento de Geofísica, Universidad de Chile.

32

promedios anuales, mensuales, frecuencia, ciclos, entre otros, de la potencia generada por el aerogenerador seleccionado.

7.2

Recurso Solar

El recurso solar se caracteriza porque presenta ciclos a lo largo del día y durante el año. La variación a lo largo del día se produce por el movimiento de rotación de la tierra, lo que se evidencia en la existencia del día y de la noche. La radiación solar sólo se recibe durante las horas del día. Con respecto al ciclo anual de la radiación del sol, se produce por el movimiento de traslación de la tierra alrededor del sol. Los valores más altos de radiación se producen en los meses de verano, en los que la tierra se encuentra más cerca del sol. La radiación global recibida en una superficie se mide en W/m2 y corresponde a la suma de la radiación directa proviene del disco solar y de la radiación difusa, que se origina de la dispersión de la radiación de la atmósfera y proviene de todo el cielo, excepto del disco solar. En la evaluación del recurso solar se debe considerar las posibles zonas en las que se puede producir sombra a lo largo del día, debido a que las sombras afectan el rendimiento de los sistemas solares, especialmente los sistemas fotovoltaicos. En el caso de la existencia de vegetación, se debe considerar el crecimiento de ésta en el tiempo, crecimiento que podría generar sombras en el futuro. Las principales fuentes de obtención de información del recurso solar son la utilización de mapas solares, basados en información satelital y las mediciones en terreno, que deben realizarse por un periodo de tiempo suficientemente largo, para obtener datos que sean precisos y estadísticamente representativos. Las mediciones en terreno generalmente se realizan cuando se ha planificado la construcción de una planta de energía solar fotovoltaica, por ejemplo. Uno de los mapas solares disponible para uso público, es el que se encuentra en el sitio http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Solar/, en él se encuentra información sobre el recurso solar en Chile, generada a partir de modelos atmosféricos y datos satelitales, para el periodo comprendido entre 2003 y 2011, con una resolución espacial de 1 kilómetro. En la Figura 10 se muestra la interfaz del explorador de energía solar.

33

18

Figura 9. Interface explorador solar .

La ubicación se selecciona haciendo clic sobre el mapa y, en la Figura 10, el ejemplo muestra la radiación promedio en Concepción. De acuerdo a la leyenda, la radiación es del orden de 5 kWh/m2. Para mayor detalle se puede obtener un reporte completo en la sección “Reportes” que aparece en la barra menú a la izquierda de la pantalla, en donde se abrirá una pestaña como la mostrada a continuación, en la cual se puede definir con exactitud la ubicación del sitio:

18

Fuente: Departamento de Geofísica, Universidad de Chile.

34

19

Figura 10. Interface explorador solar. Pestaña para generación de reporte .

El informe que se genera presenta la radiación global horizontal, promedio mensual y anual para los años 2003 a 2011, el promedio mensual para el periodo completo e información sobre frecuencia de nubosidad y ciclos de la radiación diaria promedio. La mayoría de los datos obtenidos de radiación solar, corresponden a la radiación global que incide sobre una superficie horizontal, la cual se debe corregir con un factor que depende de la latitud del lugar donde se quiere instalar un sistema solar, la inclinación del captador de energía solar y la orientación de éste. En el Anexo 4 se presentan los factores de corrección para la radiación global horizontal, según la latitud e inclinación. La latitud de cada comuna de la Región del Biobío, se encuentra en el Anexo 1.

7.3

Biomasa para producción de biogás

La biomasa que puede ser convertida en biogás se conoce como biomasa digestible y la evaluación del recurso se realiza en base a la cantidad de biomasa disponible. Con excepción de las plantaciones energéticas, la biomasa utilizada para la producción de biogás corresponde a biomasa residual, la cual puede ser seca o húmeda. Algunos tipos de biomasa digestible son: estiércol y purines de animales, desechos de plantaciones, desechos forestales, residuos de mataderos, residuos agroindustriales, residuos industriales líquidos, residuos domésticos líquidos, lodos de plantas de tratamiento de aguas. La determinación de la cantidad de biomasa para la generación de biogás depende del tipo de biomasa a utilizar y del cómo se realiza el proceso, cultivo o crianza que la genera. Debido a lo 19

Fuente: Departamento de Geofísica, Universidad de Chile.

35

anterior, la mejor fuente de información corresponde a la observación y experiencia del productor, que sabe cuánto residuo genera en su proceso, cultivo o crianza. De no tener esa información disponible, se presenta a continuación estimaciones de la generación de residuos. a) Estiércol y orina de animales. La cantidad de estiércol y orina generados por un animal es variable, más aún las tasas de recuperación de éstos. Se puede estimar a partir de la cantidad de animales con las que cuenta el productor. En la Tabla 16 se presentan las tasas de generación de sustrato para porcinos, cerdos y aves. 20

Tabla 16. Generación de sustrato para porcinos, bovinos y aves .

Especie

Purines Vacunos Estiércol Vacunos Purines Porcinos Estiércol Porcinos Guano de Aves

Sólidos Totales (ST) (%) 8 - 11 -25 -7 25 -32

Sólidos Volátiles (SV) (%ST) 75 - 82 68 - 76 75 - 86 75 - 80 63 - 80

Rendimiento de Biogás m /Masa Fresca

m /tSV

Fracción de Metano (%)

20 – 30 40 - 50 20 – 35 55 - 65 70 - 90

200 – 500 210 - 300 300 - 700 270 - 450 250 - 550

60 60 50 - 70 60 60

3

3

b) Desechos de cultivos de temporada En la siguiente tabla se presenta la tasa de generación de residuos y la disponibilidad de materia orgánica para la producción de biogás. Tabla 17. Generación de desechos y disponibilidad de materia orgánica seca para producir biogás, a partir de los 21 principales cultivos de temporada .

Cultivo Maíz Trigo Papa Raps Remolacha

Tasa de generación residuos Ton residuos/ton producción

Humedad de residuos generados

Disponibilidad de residuos

0,87 0,98 0,94 1 1

20 % 15 % 80 % 20 % 96 %

20 % 30 % 10 % 10 % 10 %

Como ejemplo se calculará la cantidad de materia orgánica seca disponible para la producción de biogás, considerando una producción de 200 toneladas mensuales de trigo. 20

Fuente: Guía de Planificación para Proyectos de Biogás en Chile, GIZ, Ministerio de Energía, 2012. Fuente: Elaboración a partir de Guía de Planificación para Proyectos de Biogás en Chile, GIZ, Ministerio de Energía, 2012. 21

36

Materia orgánica seca disponible (ton/mes) =

Producción × tasa de generación ×

(100 − Humedad) % disponibllidad × 100 100

ton ton (100 − 15) 30 ton Materia orgánica seca disponible � � = 400 × × = 102 mes mes 100 100 mes

En la tabla siguiente se presenta las tasas de generación de residuos para otros cultivos de temporada: 22

Tabla 18. Tasa de generación de residuos de cultivos de otros cultivos de temporada .

Cultivo Cebada Centeno Poroto Lenteja

Tasa de generación residuos Ton residuos/Ton producción 1 0,85 0,99 1

Maravilla Lupino Arroz

0,86 1 1

De no disponerse la humedad de los desechos de los cultivos de temporada que se presenta en la Tabla 17, ésta se debe obtener de forma experimental. Esto se puede realizar utilizando un medidor de humedad (higroscopio) portátil.

7.4

Biomasa para generación de energía térmica

La biomasa que puede ser transformada en energía térmica mediante procesos termoquímicos tales como, combustión y gasificación, se puede dividir en biomasa forestal, biomasa agrícola y plantaciones energéticas. La biomasa forestal puede provenir de residuos del manejo y cosecha de plantaciones forestales y residuos de la industria forestal. Entre los residuos del manejo y cosecha forestal se encuentran ramas, árboles de tamaño pequeño sin interés comercial, copa de árboles, pie de árboles secos, etc. Entre los residuos de la industria forestal se encuentran aserrines, virutas, astillas, corteza, tacos, polvo de lijado, etc. La biomasa agrícola se divide en residuos de plantaciones agrícolas estacionarias, residuos de poda de especies leñosas como la vid, olivos o frutales, y residuos de la industria agroalimentaria.

22

Fuente: Elaboración a partir de información de Ministerio de Energía.

37

Las plantaciones energéticas corresponden a plantaciones cuyo único fin es producir biomasa para la producción de energía. Las principales propiedades de la biomasa que determinan la cantidad de energía que se puede obtener de la biomasa son: -

Poder calorífico, que corresponde a la energía generada al quemar la biomasa y se expresa kWh/kg, Contenido de humedad, que corresponde a la cantidad de agua que tiene la biomasa y se expresa en porcentaje, Densidad aparente, que corresponde a la masa que ocupa un volumen determinado de biomasa, y Contenido de cenizas, que son los residuos inorgánicos que quedan después de la combustión de la biomasa.

El contenido de cenizas y el poder calorífico son propios de cada especie, mientras que la densidad aparente depende del grado de compactación de la biomasa, de la compresibilidad y de la humedad. Al utilizar biomasa húmeda, parte de la energía disponible de la biomasa se utiliza para secar ésta, por lo que se obtiene menos energía útil, además, se generan una mayor cantidad de emisiones contaminantes. La densidad afecta a los costos de manejo y transporte de biomasa, ya que al disminuir la densidad, se requiere procesar, transportar y almacenar un mayor volumen de biomasa. Los procesos de pre-tratamiento de biomasa tienen por objetivo adaptar la biomasa a un formato adecuado para su manejo o bien para su uso energético. Entre ellos se encuentra, secado, cuyo objetivo es disminuir el contenido de humedad de la biomasa, molienda, astillado y trituración, que permiten disminuir el tamaño de las partículas de la biomasa, y densificación, cuyo objetivo es reducir el volumen que ocupa una masa determinada de biomasa. Entre los procesos de densificación se encuentran el enfardado y la fabricación de pellets y briquetas. La importancia de los procesos de pre-tratamiento es que éstos permiten la obtención de un combustible de mayor calidad, lo que aumenta la cantidad de energía útil y disminuye las emisiones de contaminantes ambientales. En el Anexo 5 se presentan densidades y poderes caloríficos de algunos tipos de biomasa utilizadas para energía térmica. La cuantificación del recurso se puede realizar a partir del tamaño del terreno en el que se encuentra la plantación forestal o cultivo donde se generan los residuos. Los datos se pueden obtener por muestreo, a partir de datos históricos o a partir de la cantidad de residuos generada predios similares (mismos tipo de siembra o plantación, manejo, riego, cosecha, clima y suelo). El

38

muestreo consiste en determinar la cantidad residuos en una hectárea representativa, asumiendo que todo el predio se comportará de la misma forma. También se puede cuantificar la cantidad de biomasa generada por unidad de producto, lo que se puede obtener de datos históricos y por muestreo. Este método se puede utilizar tanto en cultivos como en plantas transformadoras, como aserraderos, en donde se puede conocer la cantidad de residuos, como aserrín. Es importante señalar que no toda la biomasa generada está realmente disponible, ya que por razones físicas (dificultad de acceso, distancia u otro) o de costo, no es posible utilizar todos los residuos que se generan. Es por eso que la contraparte técnica del proyecto debe evaluar cuanta cantidad de esa biomasa es utilizable.

39

8

Soluciones tecnológicas a pequeña escala con ERNC

En este Capítulo se presentarán tipos de sistemas de autoabastecimiento energético a pequeña escala, basados en Energías Renovables No Convencionales.

8.1

Generación de energía eléctrica

8.1.1 Sistemas fotovoltaicos Los sistemas fotovoltaicos están compuestos principalmente por módulos fotovoltaicos, los cuales están constituidos por una o más celdas fotovoltaicas, las cuales se construyen de un material semiconductor, capaz de absorber la energía solar y generar un voltaje eléctrico (Corriente Continua). A medida que aumenta la intensidad de la radiación solar, mayor será la energía generada, sin embargo, cabe destacar que no se requiere necesariamente de luz brillante directa, si no que es posible generar energía en los días nublados. Las celdas fotovoltaicas que existen en el mercado se dividen en: -

-

Celdas de silicio cristalino: basadas en cristales de silicio y que se clasifican en las que utilizan una sola capa de cristal (monocristalinos) y las que utilizan 2 o más capas de cristales de silicio (policristalinos). La potencia de estos paneles es escalable y oscila entre 5 y 300 Wp (Watt peak), para los policristalinos y entre 80 y 200 Wp (Watt peak), para los monocristalinos. Thin Films: Estas celdas se componen de capas muy delgadas de materiales fotovoltaicos, que se disponen sobre un soporte de vidrio, plástico o acero inoxidable. Su costo de construcción es menor a los de los paneles de cristales de silicio, sin embargo, su eficiencia es menor. El material más utilizado para la construcción de estas celdas es el silicio amorfo. La potencia de las celdas es escalable y varía entre 20 y 200 Wp (Watt peak) por celda.

23

Figura 11. Ejemplo de instalación de sistema fotovoltaico .

23

Fuente: Ministerio de Energía.

40

Con respecto a la estructura que soporta los módulos fotovoltaicos, éstas pueden ser: -

Fijas: Son aquellos que tienen una orientación y ángulo de inclinación fijos. Seguidores solares: Estos soportes realizan un seguimiento del sol, para maximizar la radiación incidente en los módulos. Estos seguidores pueden ser en un eje (movimiento diario del sol) o de dos ejes para los movimientos diarios y anuales del sol.

Existen tres principales tipos de configuraciones para generación de electricidad con paneles fotovoltaicos, éstos son: -

Sistemas sin conexión a la red eléctrica: Estos sistemas se encuentran aislados y entregan energía directamente desde el sistema de generación fotovoltaico hasta el consumidor. Los principales componentes de estos sistemas son: o Banco de batería: se utiliza para almacenar la energía generada por el o los módulos fotovoltaicos, permitiendo al usuario disponer de energía cuando no haya luz solar o haya poca. Además, la batería entrega un voltaje constante para el funcionamiento de los equipos. o Regulador de carga: es un dispositivo que protege a la batería contra la sobrecarga y la descarga profunda. o Inversor de corriente: es un dispositivo cuya función es convertir la Corriente Continua entregada por el sistema de generación fotovoltaica, en Corriente Alterna. No se requiere si el consumo requiere Corriente Continua. Las siguientes figuras muestran ejemplos de configuraciones para sistemas aislados:

41

Paneles Fotovoltaicos

Regulador de Carga

Luminarias y Artefactos 12V CC

Baterías 24

Figura 12. Esquema sistema generación fotovoltaica aislada de Corriente Continua .

Paneles Fotovoltaicos

Regulador de Carga

Inversor de Corriente

Baterías

Luminarias y Artefactos 220V CA 25

Figura 13. Esquema sistema generación fotovoltaica aislada de Corriente Alterna .

-

Sistemas conectados a la red: Consisten en sistemas de generación que entregan energía eléctrica directamente a las redes de distribución, lo que se conoce como generación distribuida.

En relación a los Sistemas conectados a la red, es importante indicar que el 22 de marzo de 2012 se publicó en el Diario Oficial la Ley N° 20.571 que regula el pago de las tarifas eléctricas de las generadoras residenciales, la que como disposición transitoria contiene un artículo que señaló que la entrada en vigencia de esta ley sucedería a la publicación del reglamento de esa norma. Dicho reglamento fue publicado el 6 de septiembre del año en curso, y entró en vigencia el 22 de octubre de 2014. En la siguiente Figura se puede revisar la configuración de un sistema fotovoltaico según la Ley 20.571.

24 25

Fuente: Elaboración propia. Fuente: Elaboración propia.

42

26

Figura 14. Esquema de configuración de sistema de generación fotovoltaica según Ley 20.571 .

Toda la información respecto a los procesos de conexión y solicitudes que se deben realizar está disponible en la siguiente página web: http://www.sec.cl/portal/page?_pageid=33,5819695&_dad=portal&_schema=PORTAL 8.1.2 Bombeo solar (energía solar fotovoltaica) El bombeo solar consiste en la extracción de agua desde pozos, embalses o cursos de agua, utilizando una bomba que funciona energía generada por uno o más paneles fotovoltaicos. Constituyen una alternativa a los sistemas conectados a la red eléctrica o para aquellos que utilizan generadores diesel. Entre las aplicaciones de estos sistemas se encuentran: -

Elevación de agua hacia estanques de almacenamiento, para abastecimiento de agua con fines de uso doméstico, ganado o regadío. Presurización de agua en sistemas de regadío. Recirculación de agua en sistemas de filtración para piscinas.

Entre los factores claves para el dimensionamiento de estos sistemas son la altura que debe levantar la bomba, pérdidas de presión en el circuito, radiación solar, sombreamiento y eficiencia de la bomba. Para los sistemas de bombeo fotovoltaico que utilicen bombas cuyo motor funcione con Corriente Alterna, se requerirá de un inversor de corriente. Las bombas pueden ser sumergibles o 26

Fuente: Ministerio de Energía.

43

superficiales, dependiendo de la fuente de agua que se quiere extraer. Para pozos se utilizan bombas sumergibles verticales, mientras que para extraer agua de canales, esteros, se utilizan bombas superficiales. Información de detalle respecto a este tipo de tecnología la puede encontrar en la Ficha Sectorial disponible en: http://cifes.gob.cl/documentos/fichas/ficha-sectorial-sector-agricola-bombeofotovoltaico/ 8.1.3 Sistemas eólicos de baja potencia Los sistemas eólicos de baja potencia tienen una potencia nominal menor a 4 MW y están orientados principalmente a satisfacer los requerimientos energéticos sin conexión al sistema eléctrico. Las tecnologías de baja potencia se clasifican en: -

-

-

Turbinas de eje horizontal de 3 aspas: En ellos el rotor consta de tres aspas, lo que permite obtener velocidades de rotación más altas, comparadas con el diseño de varias aspas, pero más suave y estable que el diseño de dos aspas. Las potencias varían entre 5 y 500 kW. Turbinas de eje horizontal de varias aspas: Estas turbinas, al tener mayor masa, alcanzan velocidades y eficiencias menores, además, son más sensibles a los cambios de velocidades de vientos, lo que las hace susceptibles a fallas mecánicas. La potencia de generación con estos equipos varía entre 0,5 y 50 kW. Turbinas de eje verticales: Estas turbinas son muy simples y de bajo costo, pudiendo incluso ser implementadas en forma artesanal. Existen tres principales tipos de turbina: Savonius, Darrieus y Panémina, que se diferencian por sus detalles constructivos. Las eficiencias van de 5 a 35% y las potencias de 5 a 4.000 kW.

44

27

Figura 15. Ejemplo de sistema eólico de baja potencia .

Al igual que los sistemas fotovoltaicos, los sistemas eólicos pueden estar o no conectados a la red. Los sistemas eólicos aislados, sin conexión a la red, requieren de baterías e inversor de corriente. 8.1.4 Centrales hidráulicas menores a 20 MW De acuerdo a la potencia instalada, las centrales hidráulicas menores a 20 MW se clasifican en mini hidráulicas y micro hidráulicas. Las centrales mini hidráulicas tienen una potencia instalada ente 500 kW y 20 MW, mientras que las centrales micro hidráulicas tienen potencias menores a 500 kW. Las centrales minihidráulicas se dividen en centrales de pasada y centrales asociadas a obras de riego y puede estar o no conectadas a la red. Las centrales de pasada aprovechan la energía cinética de los cauces naturales de agua. En estas centrales, se desvía una fracción del caudal del río, para aprovechar una caída de agua, que a su vez, causa el movimiento de una turbina. La turbina se conecta a un generador, para producir energía eléctrica. La caída del agua debe ser mayor a 3 metros y el agua utilizada se devuelve al cauce del río aguas abajo de la central, lo que minimiza los impactos ambientales (uso no consuntivo de agua). Las centrales de pasada asociadas a obras de riego presentan menores costos en estudio de recurso e infraestructura, ya que los antecedentes técnicos son ya conocidos y las obras de

27

Fuente: Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables, CIFES.

45

canalización ya están construidas. En estos casos, se hace uso de los derechos consuntivos que tienen los agricultores, agrupados en comunidades de agua o asociaciones, sin afectar al recurso. Tanto para las centrales de pasada asociadas a cauces naturales, como para las centrales asociadas a obras de regadío, existen numerosos tipos de turbina que permiten la generación de energía, tales como turbinas del tipo Kaplan, Pelton, Michell-Banki y Turgo. De acuerdo a las características técnicas con las que se cuente (altura de caída, caudal disponible, espacio para obras civiles), se definirá el tipo de turbina que se usará en la central. Las centrales micro hidráulicas se utilizan para aplicaciones a menor escala y pueden ser utilizadas en sectores rurales aislados. Para la generación de energía, se requiere de caídas de agua o de la posibilidad de construir un pequeño embalse. Existen dos tipos de centrales: centrales fijas y centrales portátiles. Las centrales micro hidráulicas fijas son similares a las mini hidráulicas de pasada, pero consideran equipos de menor envergadura e instalaciones más simples. Los principales componentes de este tipo de sistema de generación son la micro turbina, el generador, sistema de almacenamiento de energía y sistema de transmisión de energía eléctrica. Las centrales micro hidráulicas portátiles se caracterizan, como su nombre lo indica, por ser portátiles, por requerir pocas obras adicionales al encauzamiento del agua y porque se pueden adaptar a distintos tipos de cauces, sin embargo, tiene una capacidad de generación limitada, comparada con las micro centrales fijas. El costo de instalación y operación de estas centrales es bajo y la energía se puede utilizar para iluminación o para el funcionamiento de equipos como televisores, radios, refrigeradores. 8.1.5 Sistemas híbridos aislados Estos sistemas son similares a los sistemas eólicos o solar aislados, con la diferencia que en vez de utilizar un solo medio de generación eléctrica, combina más de uno, los que pueden ser todos renovables no convencionales o incluir un recurso convencional, por ejemplo, generación fotovoltaica con respaldo diesel. Por ejemplo, un sistema de riego agrícola cuya energía eléctrica es generada por un sistema fotovoltaico durante las horas en que se cuenta con radicación solar y, durante la noche, la energía eléctrica se genera por un motor generador en base a diesel. También podría usar la energía eléctrica de la red de distribución, por ejemplo. Este tipo de configuraciones de sistemas evitan el uso de baterías, por lo que el sistema de energía renovable se simplifica en su operación y mantenimiento, además de disminuir los costos de inversión. En la siguiente figura se muestra una configuración de un sistema híbrido:

46

28

Figura 16. Configuración de sistema fotovoltaico híbrido .

8.2

Sistema de generación de energía térmica

8.2.1 Combustión de biomasa La combustión directa corresponde al sistema más utilizado, más económico y más antiguo para generar energía a partir de biomasa. Se puede utilizar para la generación de energía térmica, eléctrica o ambas (cogeneración), sin embargo, a pequeña escala, se utilizan para generación de energía térmica. Estos sistemas de generación son muy simples y, en el caso de generación de calor, sólo requiere de la biomasa y una estufa o caldera para la producción de vapor o agua caliente. La tecnología comercial más común corresponde a las calderas de parrilla, las cuales son similares a las utilizadas para la combustión del carbón. Éstas pueden ser de parrilla fija, horizontal o inclinada, móvil o vibratoria, las que pueden o no ser refrigeradas con agua. El tipo de biomasa más utilizado corresponde a los residuos de la industria forestal. Inconvenientes que tiene la combustión directa de biomasa sin un tratamiento previo se encuentran que alto contenido de humedad, alto contenido de cenizas y baja densidad energética tales como, astillas, chips, virutas y aserrín. Por otro lado, la ventaja es el bajo costo del combustible, el que muchas veces corresponde a residuos.

28

Fuente: Reinhold Schmidt, 2012.

47

En los últimos años han comenzado a utilizarse en nuestro país, calderas y estufas que utilizan combustibles estandarizados a partir de biomasa, como lo son los pellets de madera, los cuales tienen baja humedad, bajo contenido de cenizas y alta densidad energética. Utilizando este tipo de tecnología se logra mayor eficiencia en la combustión y es posible utilizarlo en hornos y calderas en reemplazo del petróleo y gas. 8.2.2 Sistemas de generación de biogás El biogás es un gas combustible rico en metano (50 - 70 %), que se genera por degradación de la materia orgánica (sustrato), en ausencia de oxígeno y mediante la acción de microorganismos. Este proceso se conoce como fermentación anaeróbica y se lleva a cabo en reactores llamados biodigestores. El sustrato puede ser biomasa seca o húmeda, tal como purines de cerdo, estiércol de vacuno, guano de aves, residuos agroindustriales, entre otros. El biogás puede ser aprovechado en aplicaciones tanto domésticas como industriales, tales como, calderas para la generación de calor o electricidad, motores, cocinas, calefón, calderas, etc. En el proceso de fermentación anaeróbica, se reduce la cantidad de patógenos del sustrato y los malos olores, el cual una vez utilizado, sirve como fertilizante, por lo tanto, además de la energía que se puede obtener del proceso, se obtiene como subproducto el fertilizante, que también se conoce con el término de digestato. Los principales componentes de estos sistemas son el biodigestor, el sustrato, que en el caso de ser seco debe mezclarse con agua, sistema de mezclado y un sistema de calefacción para el biodigestor, cuya temperatura de trabajo ronda los 25 -65°C. Comúnmente las plantas productoras de biogás trabajan a temperaturas intermedias (32-42°C), ya que a mayor temperatura el rendimiento de biogás es mayor, sin embargo, el proceso se vuelve más inestable y costoso. La calefacción del biodigestor se puede realizar con el mismo biogás producido, o bien, utilizando otro sistema, como por ejemplo un colector solar térmico. El tiempo de digestión varía entre 20 y 30 días, sin embargo, normalmente los reactores diseñan para un tiempo de retención mayor a 35 días, para asegurar una producción óptima de biogás. Otros procesos no requieren de calefacción ni mezclado, sin embargo, el tiempo de digestión varía entre 30 y 60 días. Existen diversos tipos de reactores, entre los cuales se distinguen: reactor de mezcla completa con o sin recirculación, reactor de flujo pistón, reactor con retención de biomasa sin recirculación, sistemas de dos fases/etapas e híbridos, y reactores para alto contenido de sólidos. Entre los reactores para alto contenido de sólidos, se encuentran los sistemas tipo garaje, sistema de estanque, sistema de mangas plásticas y sistema de lagunas cubiertas. Dependiendo del tipo de sustrato se requieren equipos auxiliares para el pre-tratamiento y alimentación de éste, como lo son picadores, molinos, tornillos, bombas.

48

29

Figura 17. Esquema de sistema para producción de biogás .

Hoy en día se cuenta con variada información respecto al diseño y planificación de este tipo de proyectos. A continuación mencionaremos algunas guías y manuales que le pueden ser de utilidad: -

-

-

Guía de Planificación para Proyectos de Biogás en Chile, Ministerio de Energía, 2012. Disponible en: http://www.aproval.cl/manejador/resources/guiaplanificacionproyectosbiogasweb.pdf Manual de Biogás, María Teresa Varnero, Ministerio de Energía, FAO y PNUD, 2012. Disponible en: http://www.minenergia.cl/documentos/otros-documentos/manual-debiogas.html Ficha sectorial: Energías Renovables en el sector agropecuario. Biogás, Centro para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables, 2015. Disponible en: http://cifes.gob.cl/documentos/fichas/ficha-sectorial-sector-agropeciario-biogas/

8.2.3 Sistemas solares térmicos En términos simples, estos sistemas aprovechan la energía radiante del sol para generar agua caliente. Los sistemas solares se componen de: -

29

Sistema de captación (colector solar), el cual recibe la radiación del sol y calienta un fluido de trabajo, el cual a su vez calienta al agua para consumo en un sistema de calentamiento de agua (intercambiador de calor).

Fuente: Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables, CIFES.

49

-

Sistema de acumulación (estanque), el cual almacena el agua caliente que sale del sistema de captación, hasta que ésta sea utilizada. Sistema auxiliar o de apoyo, que se utiliza para complementar el aporte de energía solar, cuando ésta no es suficiente para cubrir los requerimientos de energía. Este puede ser por ejemplo, un calefón, termo eléctrico o caldera. El sistema de apoyo recibe el agua caliente desde el estanque acumulador y eleva la temperatura del agua, hasta alcanzar la temperatura requerida.

Los principales tipos de colectores solares son: -

Colectores planos: Los colectores planos consisten en un arreglo formado por una placa que absorbe la energía del sol y la transmite en forma de calor a un sistema de tubos, por los cuales circula un fluido que se calienta. La placa y los tubos se disponen en una caja, forrada por los lados y la base con material aislante, para evitar que el calor que absorbe la placa se pierda. Sobre la caja se dispone una o más cubiertas de vidrio, que ayudan a conservar el calor en el colector y ayudan a que la placa absorba más radiación. Trabajan a temperaturas entre 10 y 80 °C.

30

Figura 18. Ejemplo de colectores planos .

-

30

Colectores de tubo al vacío: Estos colectores están formados por un conjunto de tubos de vacío (sin aire), los cuales tienen una placa absorbente, que recibe la radiación solar y la transfiere en forma de calor al fluido de trabajo. Debido a que el vacío es un excelente aislante, se pueden alcanzar altas temperaturas. Además, por su forma cilíndrica, aprovechan la radiación de manera más efectiva que los colectores planos, pudiendo

Fuente: Instituto del Medio Ambiente, IDMA.

50

tener eficiencias de hasta un 75%. Cabe señalar que esa eficiencia se puede lograr con un diferencial de temperatura de 20°C y que con uno de 40°C la eficiencia baja al 65%.

31

Figura 19. Colector de tubo al vacío .

El intercambio de calor entre el fluido de trabajo y el agua para consumo puede ser de una de las siguientes formas: -

El fluido de trabajo se mezcla con el agua en un estanque acumulador (calentamiento directo). El fluido de trabajo circula en un serpentín al interior de un estanque acumulador de agua (calentamiento indirecto). El fluido de trabajo calienta al agua en un intercambiador independiente del estanque acumulador de agua caliente.

La circulación del fluido entre el colector solar y el acumulador de agua caliente puede ser natural, lo que se conoce como termosifón, o forzada, que requiere el uso de una bomba para mover el fluido. 8.2.4 Sistemas geotérmicos de baja entalpía Los sistemas geotérmicos de baja entalpía funcionan transfiriendo calor desde el subsuelo a baja profundidad hacia tubos que lleva en su interior un fluido térmico que transportan energía hacia bombas de calor para climatización, o mediante la utilización directa del fluido geotérmico. Estos sistemas se dividen en:

31

Fuente: Instituto del Medio Ambiente, IDMA.

51

a) Captadores verticales: Los captadores verticales consisten en sistema de tubos dispuestos en forma vertical a profundidades de hasta 150 metros, los cuales captan el calor del subsuelo, calentando un fluido interno, el cual lo conducen hacia una bomba de calor, para calentamiento o enfriamiento de espacios. Dada la profundidad, se pueden captar temperaturas entre 60 y 90°C, y, debido a la disposición vertical, requieren de poca superficie para su implementación, sin embargo, requieren de una perforación profunda que eleva los costos de inversión. b) Captadores horizontales: Los captadores horizontales aprovechan el calor del subsuelo a baja profundidad, con temperatura entre 10 -15°C. Consisten en un arreglo de tubos dispuestos en forma horizontal que calientan o enfrían un fluido, el cual es conducido a una bomba de calor para enfriar o calentar espacios. c) Uso directo de fluido geotérmico: Consiste en la utilización directa de un fluido que puede provenir de un acuífero subterráneo o inyectando agua desde la superficie, la cual es extraída para ser utilizada directamente en procesos que requieren temperaturas menores al punto de ebullición del agua, que por lo tanto no son aprovechables en generación eléctrica.

52

9

Evaluación del beneficio económico de un proyecto de ERNC

En este Capítulo el lector aprenderá a evaluar cuál es el beneficio económico que trae consigo la implementación de un proyecto de autoabastecimiento energético con ERNC, específicamente se determinará: -

9.1

Costos de inversión Costos de operación Ahorro en energía Estimación del tiempo en que se recupera la inversión

Estimación de los costos de inversión

Consiste en estimar cuál es el monto del dinero que debe desembolsar la MIPYME para implementar un sistema de autoabastecimiento energético con ERNC. Estos costos se obtienen solicitando cotizaciones a proveedores de equipos y materiales, y se dividen en: a) Costos de equipos: Corresponde tanto al costo del o de los equipos de generación de energía, tales como: colectores solares, paneles fotovoltaicos, caldera a biomasa, biodigestor, aerogenerador, bomba solar, etc. Además en este ítem se consideran los equipos adicionales que se deben instalar para que funcionen adecuadamente estos sistemas, tales como, baterías, controladores, inversor de corriente, etc. b) Costo de adecuación de infraestructura para instalación de equipos: Corresponde a los costos asociados a la infraestructura que se debe adecuar, para los equipos de generación. Por ejemplo, reforzamiento de techo para instalación de colectores solares térmicos, soportes, etc. No incluye ni construcción ni ampliación de espacio, sino que corresponde a mejoras de los espacios existentes. En la siguiente tabla se pueden resumir los costos en inversión: Tabla 19. Tabla resumen costos de inversión

Ítem 32 Equipos

Detalle

Valor Neto

IVA

Valor Total

Total Equipos Adecuación de infraestructura

Total Infraestructura 33 TOTAL COSTOS DE INVERSIÓN 32

Se pueden incluir más filas de ser requerido.

53

9.2

Estimación de los costos de operación

Los costos de operación se refieren a los costos que debe realizar anualmente la MIPYME dueña del proyecto una vez que el sistema esté instalado. Estos costos dependen del sistema instalado y pueden ser: recursos humanos, limpieza, insumos, materias primas como biomasa y/o mantención. Estos ítems tienen muy bajo costo en comparación con otras tecnologías y en muchas ocasiones, a nivel de autoconsumo, pueden ser obviados. En la siguiente tabla se pueden resumir los costos de operación: Tabla 20. Tabla resumen costos de operación

Ítem

Detalle

Valor Neto

IVA

Valor Total

TOTAL COSTOS DE OPERACIÓN

9.3

Estimación del ahorro en energía

La estimación del ahorro en energía se obtiene a partir de la potencia del equipo de generación a instalar. Con la potencia se estima la cantidad de energía a producir, la cual se resta a la energía consumida actualmente por la MIPYME. El ahorro se valoriza multiplicando los kWh de ahorro por el precio de la energía pagado en la actualidad (electricidad, gas u otro). Por ejemplo: Se desea instalar un sistema fotovoltaico de 1kW, destinado suplir el 60% del consumo energético. En promedio la cuenta de la luz (energía eléctrica) es de $29.000 pesos, lo que implica que con el sistema fotovoltaico instalado se ahorrarán hasta $17.400 pesos mensuales, es decir $208.800 pesos anuales.

9.4

Evaluación económica

Para la evaluación económica del proyecto, se debe calcular: -

33

Flujo de caja del proyecto Valor Actual Neto Tiempo de recuperación de la inversión

Se refiere a la suma de total equipos, total infraestructura, total asesoría energética y total difusión.

54

El flujo de caja es la diferencia entre las entradas y salidas de dinero de una empresa en un periodo determinado, comúnmente un año. Para los proyectos de autoabastecimiento energético se puede calcular en forma simplificada como: Flujo de Caja anual del Proyecto = Ahorro anual en Energía ($) – Costos anuales de Operación ($) En el flujo de caja se consideran los valores netos, pues se supone que el IVA es recuperado por la empresa. El Valor Actual Neto (VAN) corresponde al valor actual de un determinado número de flujos de caja futuros, que se originan producto de una inversión. El VAN se calcula con la siguiente fórmula: VAN = −Inversión +

Flujo de caja año 2 Flujo de caja año n Flujo de caja año 1 + + ⋯+ 2 (1 + tasa interés) (1 + tasa interés)n 1 + tasa interés

La tasa para en los proyectos varía entre 6 – 8 %.

El tiempo en que se recupera la inversión, se determina calculando el año en que el VAN se hace igual a cero, es decir, en que los flujos de caja (con el interés aplicado) igualan a la inversión. En forma muy simplificada, se puede estimar el tiempo de retorno de la inversión como: Tiempo retorno inversión (años) =

Costo de inversión Ahorro anual en Energía − Costo anual de Operación

55

10 Calculadora de Energía Solar Para proyectos solares del tipo térmico y fotovoltaico, se encuentra disponible en el sitio web del CIFES la Calculadora de Energía Solar, la cual puede ser utilizada para estimar la inversión, ahorro y tiempo de retorno de la inversión de un proyecto. El link es el siguiente: http://apps.cifes.gob.cl/calculadora-solar Al seleccionar “Calculadora Solar Térmica”, se desplegará la siguiente pestaña, en la que se puede seleccionar ubicación del proyecto (comuna), tipo de instalación (casa, colegio u oficina), número de usuarios y combustible a reemplazar.

34

Figura 20. Calculadora solar térmica .

Al seleccionar “Calculadora Solar Fotovoltaica”, se desplegará una pestaña como la mostrada en la siguiente figura, en la que se puede seleccionar ubicación del proyecto (comuna), tipo de instalación y si se está o no conectado a la red, además, se debe ingresar el consumo ya sea en kWh o en pesos. Si no se tiene ese dato se puede calcular en el link “Quiero calcular mi consumo”.

35

Figura 21. Calculadora solar fotovoltaica .

34

35

Fuente: Centro Nacional para la innovación y Fomento de las Energías Sustentables, CIFES. Fuente: Centro Nacional para la innovación y Fomento de las Energías Sustentables, CIFES.

56

11 Referencias Cámara Chilena de la Construcción. Estudio de usos finales y curva de oferta de la conservación de la energía en el sector residencial, 2010. Recuperado del sitio Web del Ministerio de Energía: antiguo.minenergia.cl/.../Usos_Finales_COC_Sector_Residencial_2010.pdf Comisión Nacional de Energía, Cooperación Técnica Alemana (GTZ). Potencial de Biogás (2007). Recuperado

del

sitio

Web

del

Ministerio

de

Energía

en

Octubre

de

2014:

www.giz.de/en/downloads/sp-chile-potencial-biogas.pdf Energía Biomasa. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables: http://cifes.gob.cl/tecnologias/files/2011/12/libro_biomasa.pdf Energía de la Biomasa. Recuperado en Octubre de 2014 del portal de las Energías Renovables del Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT): http://www.energiasrenovables.ciemat.es/adjuntos_documentos/Biomasa.pdf Energía Eólica. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables: http://cifes.gob.cl/tecnologias/files/2011/12/libro_eolica.pdf Energía Geotérmica. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables: http://cifes.gob.cl/tecnologias/files/2011/12/libro_geotermica.pdf Energía Hidroeléctrica. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables: http://cifes.gob.cl/tecnologias/files/2011/12/libro_hidroelectrica.pdf Energía Marina. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables: http://cifes.gob.cl/tecnologias/files/2012/05/marina.pdf Energía Solar. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables: http://cifes.gob.cl/tecnologias/files/2011/12/libro_solar.pdf

57

Escobar, Rodrigo; Hentzschel, Fernando. Manual Buenas Prácticas en Evaluación de Recurso Solar y Eólico (2011). Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables: http://cifes.gob.cl/archivos/librofinal4abril.pdf Departamento de Geofísica, Universidad de Chile. Explorador de Energía Eólica. Visitado en Octubre de 2014: http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Eolico2/ Departamento de Geofísica, Universidad de Chile. Explorador de Energía Solar. Visitado en Octubre de 2014: http://walker.dgf.uchile.cl/Explorador/Solar2/ Gas Sur (Sitio Web). Visitado en Octubre de 2014: http://www.gassur.cl/ Guerrero, G. (2013). Combustibles ENAP. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Sistema Nacional de Información Ambiental: http://www.sinia.cl/1292/articles54149_PresentacionENAP.pdf Guía residencial de eficiencia energética. Recuperado en Octubre de 2014 del Portal Turismo Chile Sustentable:http://www.turismochilesustentable.cl/wp-content/uploads/Gu%C3%ADaresidencial-de-eficiencia-energetica.pdf Ministerio de Energía. "Modelos de Negocio que Rentabilicen Aplicaciones de Biogás en Chile y su Fomento” (2011). Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Ministerio de Energía: http://antiguo.minenergia.cl/minwww/export/sites/default/05_Public_Estudios/descargas/estudi os/Informe_Final_Modelos_Biogas_Abril_2011.pdf Norma Técnica que determina algoritmo para la verificación de la contribución solar mínima de los Sistemas Solares Térmicos acogidos a la franquicia tributaria de la Ley Nº 20.365. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Ministerio de Energía: antiguo.minenergia.cl/minwww/.../Norma_Tecnica_Actualizada.pdf Sistema de información en línea de precios de combustibles en estaciones de servicio. Visitado en Octubre de 2014: http://www.bencinaenlinea.cl/web2/ Schmidt, R. Curso Energía Fotovoltaica. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables:http://cifes.gob.cl/retscreensantiago-fotovoltaico-11-y-12-de-abril-2013/ Tello, P. Energías renovables y Agricultura. Presentación en Expo Mundo Rural, Indap, 13 de junio de 2013.

58

Valdovinos R. “Taller de Sistemas Solares Térmicos para ACS”. Recuperado en Octubre de 2014 del sitio Web del Centro Nacional para la Innovación y Fomento de las Energías Sustentables:http://www.cifes.gob.cl/presentaciones/retscreen/2013/rancagua%20solar%20termi ca/Energia_Solar_Termica_Rancagua_25-Abril-2013.pdf

59

Anexos

60

Anexo 1 Se presenta la latitud de las comunas de la Región del Biobío y las temperaturas medias de la red de agua, extraídas del Anexo VI de la “Norma Técnica que determina algoritmo para la verificación de la contribución solar mínima de los Sistemas Solares Térmicos acogidos a la franquicia tributaria de la Ley Nº 20.365”.

61

Tabla 21. Latitud y temperaturas medias mensuales y temperatura media anual de la red de agua potable, en las comunas de la Región del Biobío.

ID

Comuna

Latitud

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Alto Biobío

38

13,7

12

12

9,7

8

6,7

6,5

7,4

8,4

10,1

11,7

12,5

Media Anual 9,9

1 2

Antuco

37

14,5

12,7

12,7

10,2

8,4

6,9

6,9

7,8

8,8

10,7

12,4

13

10,4

3

Arauco

37

14,8

13,8

13,8

12,6

11,8

11,3

10,8

11,3

11,6

12,4

13,3

17,2

12,9

4

Bulnes

37

14,1

13,4

13,4

12,1

11,4

10,6

10,1

10,9

11,1

11,9

12,9

13,9

12,1

5

Cabrero

37

14,1

13,3

13,3

12,1

11,3

10,6

10,1

10,8

11,1

12

12,8

14,5

12,2

6

Cañete

38

13,9

12,9

12,9

11,4

10,7

9,9

9,6

10,1

10,4

11,4

12,4

13,6

11,6

7

Chiguayante

37

14,5

13,5

13,5

12,5

11,5

11

10,5

11

11,5

12,2

13

13,7

12,3

8

Chillán

37

14,2

13,6

13,6

12,1

11,5

10,7

10,4

11

11,1

12,1

13,1

13,6

12,2

9

Chillán Viejo

37

14,2

13,7

13,7

12,2

11,7

10,7

10,4

11,2

11,2

12,2

13,2

14

12,3

10

Cobquecura

36

14,6

13,6

13,6

12,6

11,6

11

10,6

11,1

11,6

12,1

13,1

13,9

12,5

11

Coelemu

37

14,3

13,7

13,7

12,2

11,7

11,2

10,7

11,2

11,2

12,2

13,2

14,1

12,5

12

Coihueco

37

14,9

13,7

13,7

11,7

10,2

9,3

9,1

9,6

10,4

12

13,2

13,9

11,8

13

Concepción

37

14,2

13,2

13,2

12,2

11,2

10,7

10,2

10,7

11,2

12

12,7

13,9

12,1

14

Contulmo

38

13,3

12,3

12,3

10,8

10,1

9,3

8,8

9,3

9,8

10,8

11,8

13

10,9

15

Coronel

37

14,8

13,8

13,8

12,7

11,8

11,3

10,8

11,3

11,7

12,3

13,3

13,9

12,6

16

Curanilahue

37

12,8

11,5

11,5

10,4

9,4

8,6

8,4

8,9

9,4

10,4

11

12,2

10,4

17

El Carmen

37

14

13,1

13,1

11,5

10,8

9,8

9,4

10

10,4

11,5

12,6

14,3

11,7

18

Florida

37

13,9

13

13

11,9

11

10,5

10

10,5

10,9

11,8

12,5

13,9

11,9

19

Hualpén

37

14,8

13,8

13,8

12,8

11,8

11,3

10,8

11,3

11,8

12,3

13,3

13,8

12,7

20

Hualqui

37

14

13

13

12

11,4

10,5

10

10,9

11

12

12,9

14

12,1

21

Laja

37

14

13,5

13,5

12

11,4

10,5

10

10,9

11

12

13

13,6

12,1

22

Lebu

38

14,1

13,1

13,1

12

11,1

10,5

10,1

10,6

11

12

12,6

12,7

11,9

62

ID

Comuna

Latitud

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Los Álamos

38

13,6

12,5

12,5

11,2

10,4

9,6

9,4

9,9

10,2

11,2

12

13,3

Media Anual 11,3

22 23

Los Ángeles

37

13,9

13,2

13,2

11,9

11

10,3

9,9

10,5

10,9

11,8

12,7

13,4

11,9

24

Lota

37

14,8

13,8

13,8

12,8

11,8

11,3

10,8

11,3

11,8

12,3

13,3

13,8

12,7

25

Mulchén

38

13,5

12,4

12,4

10,9

9,8

9

8,7

9,2

9,9

10,8

11,8

13

10,9

26

Nacimiento

37

12,7

11,7

11,7

10,3

9,3

8,7

8,3

8,8

9,3

10,3

11,2

12,3

10,4

27

Negrete

38

14

13,5

13,5

12

11

10,5

10

10,5

11

12

13

13

12

28

Ninhue

36

14,4

13,4

13,4

12,1

11,4

10,7

10,4

10,9

11,1

12

13

13,8

12,2

29

Ñiquén

36

14,3

13,4

13,4

12,1

11,2

10,6

10,1

10,7

11,1

12,1

13,1

13,9

12,2

30

Pemuco

37

14

13,2

13,2

11,8

11

10,2

9,7

10,5

10,8

11,8

12,7

13,6

11,9

31

Penco

37

14,1

13,1

13,1

12,1

11,1

10,6

10,1

10,6

11,1

12

12,6

14

12

32

Pinto

37

15

13,4

13,4

11,1

9,5

8,3

8,2

8,8

9,7

11,5

13

13,2

11,3

33

Portezuelo

37

14,8

13,8

13,8

12,3

11,8

11,3

10,8

11,3

11,3

12,3

13,3

15

12,7

34

Quilaco

38

13,2

11,8

11,8

9,8

8,5

7,3

7,1

7,8

8,8

10

11,1

12,5

10

35

Quilleco

37

13,9

12,8

12,8

11

10,1

9,1

8,8

9,5

9,9

11,2

12

12,8

11,2

36

Quillón

37

13,9

12,9

12,9

11,9

10,9

10,4

9,9

10,4

10,9

11,4

12,4

13,9

11,8

37

Quirihue

36

14

13

13

11,9

11

10,1

10

10,5

10,9

11,5

12,5

13,4

11,8

38

Ranquil

37

14,5

13,5

13,5

12,2

11,5

11

10,5

11

11,2

12

13

13,8

12,3

39

San Carlos

36

14,1

13,4

13,4

12,1

11,2

10,6

10,2

10,7

11,1

12,1

13,1

14

12,2

40

San Ignacio

37

14,1

13,4

13,4

11,9

11,4

10,4

9,9

10,7

10,9

11,9

12,9

14,8

12,1

41

San Fabián

37

15,2

13,4

13,4

11,2

9,4

8,1

8,1

8,9

9,9

11,7

13,2

13,3

11,3

41

San Nicolás

36

14,2

13,7

13,7

12,2

11,7

10,7

10,7

11,2

11,2

12,2

13,2

13,7

12,4

42

San Pedro de la Paz

37

14,8

13,8

13,8

12,8

11,8

11,3

10,8

11,3

11,8

12,3

13,3

13,9

12,7

43

San Rosendo

37

14,1

13,1

13,1

12,1

11,6

10,6

10,1

11,1

11,1

12,1

13,1

13,6

12,1

44

Santa Bárbara

38

13,9

12,7

12,7

10,7

9,7

8,6

8,3

9

9,6

11

12

13

10,9

63

ID

Comuna

Latitud

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Santa Juana

37

13,9

12,8

12,8

11,8

11,1

10,2

9,8

10,6

10,8

11,7

12,6

13,9

Media Anual 11,8

45 46

Talcahuano

37

14,8

13,8

13,8

12,8

11,8

11,3

10,8

11,3

11,8

12,3

13,3

13,8

12,7

47

Tirúa

38

14,3

13,3

13,3

11,8

11,3

10,3

9,8

10,5

10,8

11,8

12,8

13,3

11,9

48

Tomé

37

14,2

13,5

13,5

12,2

11,5

11

10,5

11

11,2

12,2

13

14,2

12,3

49

Treguaco

36

14,6

13,8

13,8

12,3

11,8

11,3

10,8

11,3

11,3

12,3

13,3

14,3

12,5

50

Tucapel

37

14,3

13

13

11,1

9,8

9

8,6

9,3

10

11,3

12,5

13,3

11,3

51

Yumbel

37

14,1

13,4

13,4

12,1

11,5

10,6

10,1

11

11,1

12

13

14,1

12,2

52

Yungay

37

14,1

13

13

11,5

10,3

9,7

9,2

9,8

10,4

11,6

12,5

13,8

11,6

64

Anexo 2 El procedimiento para determinar la cantidad de gas natural u otro combustible como petróleo o gas licuado, requerida para el calentamiento de agua, se describe a continuación. a) Determinar la cantidad de agua caliente sanitaria consumida, de acuerdo a lo descrito en el punto 4.3. b) Determinar la energía requerida para calentar agua, de acuerdo a lo descrito en el punto 4.3 c) Obtener el poder calorífico del combustible utilizado. En el caso del gas natural, el poder calorífico depende del tipo contratado. En la Región del Biobío, la empresa que distribuye gas natural es GasSur, la cual tiene dos líneas de gas, una de 5.250 kcal/m3 y otra de 9.200 kcal/m3. Para saber cuál tipo de gas estamos consumiendo, basta con revisar la boleta. En el extremo superior izquierdo de la boleta, se encuentra esa información:

Figura 22. Extracto boleta gas

Para convertir el poder calorífico del gas desde Kcal a KWh, se debe multiplicar por 0,001163, es decir: 5.250 kcal = 5250 × 0,001163 kWh = 6,1 kWh

Calcular la cantidad de combustible utilizada para calentar agua, con la siguiente ecuación:

= Ver nota 36

Consumo mensual de combustible (m3 o kg) Energía mensual requerida para calentar agua (kWh) Poder calorífico del combustible(

kWh ) m 3 o kg

×

100 62,05

Tomando como ejemplo la hostal que requiere 966,2 kWh mensuales para calentar agua, el consumo de gas en m3 es: Consumo diario de gas (m3 ) =

966,2 (kWh) 6,1

kWh � 3� m

×

100 62,05

36

El valor 62,03 corresponde al rendimiento promedio de un calefón, considerando el rendimiento de piloto y las pérdidas por distribución. Obtenido de “Estudio de Usos Finales y Curva de Oferta de Conservación de la Energía en el Sector Residencial de Chile”.

65

= 255,27 m3

Calcular el costo mensual en combustible multiplicando el consumo mensual de combustible por el precio unitario del combustible ($/m3 o $/ kg, dependiendo del combustible que se utilice). Por ejemplo, para el caso del gas natural, el valor por metro cúbico se puede obtener del sitio web del distribuidor de gas (Gas Sur). Para un consumo de 120 a 1.121 m3 de gas al mes, el precio de lista de Gas Sur es 529 $/m3. El costo mensual del gas es: Costo mensual gas (pesos)

pesos = Consumo mensual gas (m3 ) × valor metro cúbico de gas � 3 � m pesos = 255,27 m3 × 1.134 = 135.038 pesos m3

66

Anexo 3 En este anexo se presenta un ejemplo de cálculo para determinar el ahorro en pesos que se obtiene al implementar una medida de eficiencia energética. Medida: Cambio de 4 ampolletas incandescentes de 60 W por 4 de 12 W. La potencia ahorrada por cada ampolleta se calcula restando la potencia anterior menos la nueva potencia (60 W – 12 W), lo que resulta en 48 W. Como son 4 ampolletas, la potencia total ahorrada es 48Wx4, es decir 192 W. Para calcular el ahorro, suponemos que las ampolletas están encendidas en promedio 4 horas diarias. El consumo ahorrado se calcula de la misma forma que anteriormente se calculó el consumo de artefactos eléctricos, es decir:

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑒𝑒𝑒𝑒é𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 (𝑊𝑊ℎ) =

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 (𝑊𝑊) × 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 ×

𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 100

El factor de consumo para las ampolletas es de 100, luego: Consumo eléctrico diario de un artefacto (Wh) = 192 (W) × 4 ×

100 = 776 Wh 100

Consumo eléctrico mensual de un artefacto (Wh) = Consumo diario de un artefacto × días del mes = 776 Wh × 30 = 23280 Wh o 23,28 kWh

Es decir, al mes se ahorra 23,28 kWh.

Si el kWh cuesta 95 pesos, el ahorro en pesos será: Ahorro (pesos) = Consumo ahorrado (kWh) × precio kWh = 23,28 ∗ 95 = 2.212 pesos

67

Anexo 4 37

Tabla 22. Factores de corrección para la radiación global horizontal . Latitud 36

37

38

37

Inclinación 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 0 5 10 15 20 25 30 35

E 1,00 1,01 1,00 1,00 0,99 0,97 0,95 0,92 0,89 0,85 0,81 0,76 0,71 0,65 0,60 0,54 0,47 0,41 0,34 1,00 1,01 1,01 1,01 1,00 0,98 0,96 0,93 0,90 0,86 0,82 0,77 0,72 0,67 0,61 0,55 0,49 0,43 0,36 1,00 1,01 1,01 1,01 1,00 0,98 0,96 0,94

F 1,00 1,02 1,04 1,04 1,05 1,04 1,04 1,02 1,00 0,97 0,94 0,90 0,86 0,81 0,76 0,70 0,63 0,57 0,50 1,00 1,02 1,04 1,05 1,06 1,05 1,05 1,03 1,01 0,99 0,96 0,92 0,88 0,83 0,78 0,72 0,65 0,59 0,52 1,00 1,02 1,04 1,05 1,06 1,06 1,05 1,04

M 1,00 1,04 1,08 1,12 1,14 1,16 1,17 1,18 1,18 1,17 1,16 1,14 1,11 1,07 1,03 0,98 0,92 0,86 0,79 1,00 1,05 1,09 1,13 1,15 1,17 1,19 1,19 1,20 1,19 1,18 1,16 1,13 1,09 1,05 1,00 0,95 0,89 0,82 1,00 1,05 1,09 1,13 1,16 1,18 1,20 1,20

A 1,00 1,08 1,14 1,21 1,27 1,32 1,36 1,39 1,42 1,44 1,45 1,45 1,45 1,43 1,40 1,37 1,33 1,27 1,21 1,00 1,08 1,15 1,22 1,28 1,33 1,38 1,41 1,44 1,46 1,48 1,48 1,48 1,46 1,44 1,40 1,36 1,31 1,25 1,00 1,08 1,15 1,22 1,29 1,34 1,39 1,43

M 1,00 1,11 1,21 1,30 1,39 1,47 1,54 1,61 1,66 1,71 1,75 1,77 1,79 1,80 1,79 1,78 1,75 1,70 1,65 1,00 1,11 1,22 1,31 1,41 1,49 1,56 1,64 1,69 1,74 1,79 1,81 1,83 1,84 1,84 1,83 1,80 1,76 1,71 1,00 1,11 1,22 1,32 1,42 1,50 1,58 1,66

Meses del año J J 1,00 1,00 1,12 1,11 1,24 1,22 1,35 1,32 1,45 1,42 1,55 1,51 1,64 1,59 1,72 1,66 1,79 1,73 1,86 1,78 1,91 1,82 1,95 1,86 1,98 1,88 2,00 1,89 2,01 1,89 2,00 1,88 1,98 1,86 1,95 1,82 1,90 1,77 1,00 1,00 1,13 1,12 1,25 1,23 1,36 1,34 1,47 1,44 1,57 1,53 1,67 1,61 1,75 1,69 1,83 1,76 1,90 1,81 1,95 1,86 2,00 1,90 2,03 1,93 2,05 1,94 2,06 1,94 2,06 1,93 2,04 1,91 2,01 1,88 1,96 1,83 1,00 1,00 1,13 1,12 1,25 1,24 1,37 1,35 1,48 1,45 1,59 1,54 1,69 1,63 1,78 1,71

A 1,00 1,09 1,17 1,24 1,31 1,37 1,42 1,46 1,50 1,53 1,55 1,56 1,56 1,55 1,53 1,50 1,46 1,41 1,35 1,00 1,09 1,18 1,25 1,32 1,38 1,44 1,48 1,52 1,56 1,58 1,59 1,59 1,59 1,57 1,54 1,50 1,45 1,39 1,00 1,09 1,18 1,26 1,33 1,39 1,45 1,50

S 1,00 1,05 1,10 1,14 1,17 1,20 1,22 1,24 1,25 1,24 1,24 1,22 1,20 1,17 1,13 1,08 1,03 0,97 0,90 1,00 1,06 1,11 1,15 1,18 1,21 1,24 1,25 1,26 1,26 1,26 1,24 1,22 1,19 1,16 1,11 1,06 1,00 0,93 1,00 1,06 1,11 1,15 1,19 1,22 1,25 1,26

O 1,00 1,03 1,05 1,06 1,07 1,07 1,07 1,06 1,04 1,02 0,99 0,95 0,91 0,87 0,82 0,76 0,70 0,63 0,56 1,00 1,03 1,05 1,07 1,08 1,08 1,08 1,07 1,05 1,03 1,01 0,97 0,93 0,89 0,84 0,78 0,72 0,65 0,58 1,00 1,03 1,05 1,07 1,08 1,08 1,08 1,08

N 1,00 1,01 1,01 1,01 1,00 0,98 0,96 0,94 0,91 0,87 0,83 0,78 0,73 0,68 0,62 0,56 0,50 0,43 0,37 1,00 1,01 1,01 1,01 1,01 0,99 0,97 0,95 0,92 0,88 0,84 0,80 0,75 0,70 0,64 0,58 0,52 0,45 0,39 1,00 1,01 1,01 1,01 1,01 0,99 0,98 0,95

D 1,00 1,00 1,00 0,98 0,97 0,95 0,92 0,89 0,85 0,81 0,77 0,72 0,67 0,61 0,55 0,49 0,43 0,37 0,31 1,00 1,00 1,00 0,99 0,98 0,96 0,93 0,90 0,86 0,82 0,78 0,73 0,68 0,63 0,57 0,51 0,45 0,38 0,32 1,00 1,00 1,00 0,99 0,98 0,96 0,93 0,90

Fuente: Adaptado de Norma Técnica Sistemas Solares Térmicos

68

Latitud

Inclinación 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

E 0,90 0,87 0,83 0,78 0,73 0,68 0,62 0,56 0,50 0,44 0,37

F 1,02 1,00 0,97 0,93 0,89 0,84 0,79 0,73 0,67 0,60 0,53

M 1,21 1,20 1,19 1,17 1,15 1,11 1,07 1,02 0,97 0,91 0,84

A 1,46 1,48 1,50 1,51 1,50 1,49 1,47 1,43 1,39 1,34 1,28

M 1,72 1,77 1,82 1,85 1,87 1,88 1,88 1,87 1,84 1,81 1,76

Meses del año J J 1,86 1,78 1,93 1,84 1,99 1,90 2,04 1,94 2,07 1,97 2,10 1,98 2,11 1,99 2,11 1,98 2,10 1,96 2,07 1,93 2,02 1,88

A 1,54 1,58 1,60 1,62 1,62 1,62 1,60 1,58 1,54 1,49 1,43

S 1,27 1,28 1,27 1,26 1,24 1,21 1,18 1,13 1,08 1,02 0,95

O 1,06 1,04 1,02 0,98 0,94 0,90 0,85 0,79 0,73 0,67 0,60

N 0,92 0,89 0,85 0,81 0,76 0,71 0,65 0,59 0,53 0,46 0,40

D 0,87 0,83 0,79 0,74 0,69 0,64 0,58 0,52 0,46 0,39 0,33

69

Anexo 5 38

Tabla 23. Poderes caloríficos para distintos tipos de biomasa .

Biomasa Leñas y ramas

Poder calorífico inferior en kWh/kg, para distintos porcentajes de humedad

Coníferas Frondosas Aserrines Coníferas y virutas Frondosas autóctonas Frondosas tropicales Corteza Coníferas Frondosas Vid Ramillas Orujo Aceituna Hueso Orujillo Cáscara Almendra frutos Avellana secos Piñón Maní Paja de cereales

4.950 (0%) 4.600 (0%) 4.880 (0%) 4.630 (0%) 4.870 (0%) 5.030 (0%) 4.670 (0%) 4.440 (0%) 4.820 (0%) 4.960 (0%) 4.870 (0%) 4.760 (0%) 4.500 (0%) 4.930 (0%) 4.250 (0%) 4.420 (0%)

Cáscara de arroz

4.130 (0%)

3.590 (20%) 3.331 (20%) 3.790 (15%) 3.580 (15%) 3.780 (15%) 3.650 (20%) 3.370 (20%) 2.950 (25%) 3.240 (25%) 3.860 (15%) 3.780 (15%) 3.940 (10%) 3.710 (10%) 4.060 (10%) 3.480 (10%) 3.630 (10%) 2.700 (30%) 3.337 (10%)

2.550 (40%) 2.340 (40%) 2.760 (35%) 2.600 (35%) 2.760 (35%) 2.650 (40%) 2.380 (40%) 1.770 (50%) 1.960 (50%) 2.810 (35%) 2.760 (35%) 3.690 (15%) 3.470 (15%) 3.830 (15%) 3.260 (15%) 3.160 (20%) 3.150 (15%)

Para calcular el poder calorífico a una humedad X%, diferente a la que aparece en la Tabla 23, se estima suponiendo una relación lineal entre la humedad y el PCI, con la siguiente fórmula: PCI(X % humedad) = PCI(35 % humedad) PCI(35 % humedad) − PCI(15 % humedad) + (X% − 35%) 35% − 15%

Si se disponen valores de PCI a humedades diferentes a 35% y 15%, se reemplazan éstos en la fórmula El Pino corresponde a una conífera, si se reemplaza los valores correspondientes, se obtiene: kWh

kWh 3,21 kg − 4,41 + PCI(50 % humedad) = 3,21 35% − 15% kg 38

kwh kg

(50% − 35%) = 2,31

kWh kg

Fuente: Adaptado de Energía de la Biomasa, IDEA.

70

Tabla 24. Densidad aparente de distintos tipos de biomasa, para la generación de calor

Tipo de Biomasa Chip de madera 55% humedad Chip de madera 40% humedad Chip de madera 20% humedad Aserrín seco 6 % humedad Paja de trigo 15 % humedad Aserrín húmedo 50% humedad Viruta seca, 10% de humedad

Densidad (kg/m3) 310 240 175 160 100 200 100

71