Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias | Gobierno | … · Created Date: 10/9/2013...

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Sumario

Sumario 90 Editorial

92 Divulgación El inventario de las energías renovables en el marco de la transi-

ción energética de México / The renewable energy inventory in the Mexico’s energy transition context

Jorge Maximiliano Huacuz Villamar

101 Tendencia tecnológica Panorama actual de los recursos energéticos renovables / Current

overview of the renewable energy resources Ubaldo Miranda Miranda, Ricardo Saldaña Flores e Hipólito

Romero Tehuitzil

108 Artículo técnico Factores de incertidumbre en la formulación financiera de

proyectos de energías renovables: caso de proyectos eólicos y de energía solar / Factors of uncertainty in the financial development of renewable energy projects: wind projects and solar energy cases

Rubén Cariño Garay y M. Consolación Medrano Vaca

114 Comunidad IIE • 8° Simposium Latinoamericano de la Energía 2013 / 8th Latin

American Symposium on Energy 2013 • Presencia del IIE en la RVP-AI/2013 / IIE presence at RVP-AI/2013• PCIC México 2013 / PCIC Mexico 2013• Investigador del IIE reelecto como Director del Board of Directors

de la IGA / IIE´s researcher reelected as Director of the IGA Board of Directors

Junta Directiva

Presidente: Francisco Rojas Gutiérrez, Director General de la Comisión Federal de Electricidad

Secretario: Hugo Gómez Sierra, Presidente de la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas

Prosecretario: Fernando A. Kohrs Aldape, Instituto de Investigaciones Eléctricas

Consejeros propietarios: • Francisco Leonardo Beltrán Rodríguez, Subsecretario de Planeación yTransiciónEnergética,SecretaríadeEnergía•LuisCarlosHernándezAyala,DirectordeOperación,ComisiónFederaldeElectricidad•GuillermoTurrentSchnaas,DirectordeModernización,ComisiónFederaldeElectricidad•JoséLuisAburtoÁvila,SubdirectordeProgramación,ComisiónFederaldeElectricidad• NoéPeñaSilva,SubdirectordeTransmisión,ComisiónFederaldeElectricidad•JaimeFranciscoHernándezMartínez,DirectorGeneraldeProgramaciónyPresupuesto“B”delaSecretaríadeHacienda yCrédito Público • JoséNarroRobles, Rector de laUniversidaNacional Autónomade México • Yoloxóchitl Bustamante Diez, Directora General del Instituto Politécnico Nacional• Salvador Vega y León, Rector General de la Universidad Autónoma Metropolitana • InocencioHiguera Ciapara, Director Adjunto del Centro de Investigación, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología• JaimeParadaÁvila,DirectorGeneral,InnovaciónyCompetitividad,S.A.deC.V.

Comisarios públicos:•MarioAlbertoCervantesGarcía,DelegadoyComisarioPúblicoPropietariodel Sector Energía de la Secretaría de la Función Pública • Juan Edmundo Granados Nieto,Subdelegado y Comisario Público Suplente del Sector Energía de la Secretaría de la Función Pública

Invitados: • Odón de Buen Rodríguez, Director General de la Comisión Nacional para el UsoEficientedelaEnergía•CarlosAntonioÁlvarezBalbas,SocioDirector,DespachoÁlvarezBalbas,S.C. •MiguelVázquezRodríguez, Presidente de laComisiónde Innovación yTecnología de laCámara Nacional de Manufacturas Eléctricas

• Asiste el IIE al 2013 IEEE PESGM / IIE attends the 2013 IEEE ISI PESGM

• Tecnologías de conversión térmica para residuos sólidos munici-pales / Thermal conversion technologies for municipal solid waste

• Investigadores del IIE participan en capítulo de libro / IIE resear-chers participate in a book chapter

• Aplicación del análisis estructural para mejorar el diagnóstico de fallas en una turbina de gas / Application of Structural Analysis to Improve Fault Diagnosis in a Gas Turbine

118 Breves técnicas• Determinación del potencial energético de la biomasa / Determi-

nation of the biomass energy potentialHipólito Romero Tehuitzil y José Luis Arvizu Fernández

• Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energé-ticos Renovables en México / National Laboratory for the Evalua-tion of Renewable Energy Resources in MexicoUbaldo Miranda Miranda

• Sistema de monitoreo de perfiles verticales del viento / Vertical wind profiles monitoring systemUbaldo Miranda Miranda

• Túnel de viento del IIE / IIE´s wind tunnelFortino Mejía Neri y Rubén Isaac Cariño Garay

122 Artículo de investigación Caracterización preliminar del potencial energético del viento en

el cerro La Virgen, Zacatecas / Preliminary characterization of the wind energy potential at “La Virgen” hill in Zacatecas

Ricardo Saldaña Flores, Víctor Manuel García Saldivar, Ubaldo Miranda Miranda, Sergio Miguel Durón Torres y María Flor Morales Reyes

Comité Técnico Operativo

Presidente: Santiago Crehueras Díaz, Director General de Eficiencia Energética e Innovación Tecnológica, Secretaría de Energía

Secretario técnico: Fernando A. Kohrs Aldape, Instituto de Investigaciones Eléctricas

• Luis Carlos Hernández Ayala, Comisión Federal de Electricidad • Mario Alberto CervantesGarcía,SecretaríadelaFunciónPública•JuanEdmundoGranadosNieto,SecretaríadelaFunciónPública • JaimeFranciscoHernándezMartínez, Secretaría deHacienda yCrédito Público • JoséNarroRobles,UniversidadNacionalAutónomadeMéxico•YoloxóchitlBustamanteDiez,InstitutoPolitécnicoNacional • SalvadorVega y León,Universidad AutónomaMetropolitana • InocencioHigueraCiapara,ConsejoNacionaldeCienciayTecnología•OdóndeBuenRodríguez,ComisiónNacionalparaelUsoEficientedelaEnergía•MiguelVázquezRodríguez,ComisióndeInnovacióny Tecnología de la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas

Comité Editorial

• José Luis Fernández Zayas, Director Ejecutivo • Ángel Fierros Palacios, Director de EnergíasAlternas • Salvador González Castro, Director de Tecnologías Habilitadoras • Rolando NievaGómez,DirectordeSistemasEléctricos•JoséM.GonzálezSantaló,DirectordeSistemasMecánicos• FernandoA.KohrsAldape,DirectordePlaneación,GestióndelaEstrategiayComercialización• JoséAlfredoPérezGilyGarcía,DirectordeAdministraciónyFinanzas•GladysDávilaNúñez,Jefa del Departamento de Difusión • Federico Estrada Arias, Coordinador Editorial • ArturoFragosoMalacara,diseñográfico•VerónicaGarcíaRodríguez,diagramación,formaciónycuidadode la edición •WendyLugo Sandoval, publicación electrónica • SergioOrtegaLópez, fotografía• AnaMaríaSámanoRamírez,distribución

PublicidadComercialización Difusió[email protected] [email protected] López García Gladys Dávila NúñezTeléfono: +52 (777) 362 3851 Teléfono: +52 (777) 362 [email protected] [email protected]

BoletínIIEesunapublicacióntrimestral,dedistribucióngratuitayeditadaporelDepartamentodeDifusión del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Los artículos firmados son responsabilidad de sus autores. El material de este boletín solo puede reproducirse parcial o totalmente, con la autorización escritadelIIE.ISSN0185-0059.Certificadodelicituddetítulo01777.Franqueopagado,publicaciónperiódica, permiso número 002 0583, características 319 321412, autorizado por Sepomex.

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Boletín IIEjulio-septiembre-2013

Editorial

Editorial

Las fuentes renovables de energía pueden suministrar toda la energía eléc-tricaquerequiereunpaís.Llegaraesametaimplicarecorrerunlargocaminodonde existen dificultades económicas, políticas, sociales, ambientales y más, quesolamentesepuedenirsorteandosisecuentaconunaestrategiaintegral,donde uno de los puntos de partida debe ser, sin duda, la cuantificación de los recursos.

Precisamente México dispone de suficientes recursos energéticos renovables y leyes que favorecen su aprovechamiento, sin embargo, falta mucho porhacer para contar con un conocimiento adecuado de su distribución espacial y temporal, así comodepronósticos confiablesque faciliten el desarrollodeproyectos y su interconexión a la red eléctrica.

Sabedor de esta problemática, el Instituto de Investigaciones Eléctricas ha venido trabajando, en conjunto con diversos centros de investigación del país y del extranjero, en varios frentes: por un lado en la homologación de las técnicas de monitoreo y creación de bases de datos y, por otro, en la elaboración de cartografía de las energías renovables.

En este número del Boletín IIE, el artículo dedivulgación presenta una semblanza de la situa-ciónqueguardaelinventariodelasenergíasreno-vables en México, en el contexto de la transición energéticaporlaqueestamosatravesando.

En el artículo de tendencia tecnológica se da a conocer cuál es el panorama actual de los recursos energéticos renovables a nivel mundial y a nivel local, enfatizando que el desarrollo de proyectosen este rubro depende en gran medida del conoci-miento del potencial energético de cada región.

En el artículo técnico se presentan los factores de incertidumbre en la formulación financiera de proyectos de energías renovables, en particular el caso de proyectos eólicos y de energía solar.

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Editorial

Las breves técnicas abordan diversos temas queincluyen: la determinación del potencial energé-tico de la biomasa; el Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energéticos Renova-bles en México; el sistema de monitoreo de perfiles verticales del viento, y el túnel de viento del IIE.

Por último, el artículo de investigación trata sobre la caracterización preliminar del potencial energé-tico del viento en el cerro La Virgen, Zacatecas, con miras a realizar estudios sobre su aprovechamiento para la producción de energía eléctrica a través de aerogeneradores.

De esta forma se da una mirada al mundo para tener un panorama general de la evaluación y apro-vechamiento de las energías renovables y se enfoca laatenciónenlasaccionesqueMéxicohaempren-dido,asícomolosretosquetienepordelante.

El aprovechamiento de las energías renovables es un asunto urgente en todo el mundo, por lo que su cuantificación correcta es impostergable.En este sentido, el Instituto de Investigaciones Eléctricas continuará aportando su experiencia demás de 35 años para apoyar al sector eléctriconacional y ofreciendo sus servicios a la comunidad internacional.

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Divulgación

El inventario de las energías renovables en el marco de la transición energética de México

Jorge Maximiliano Huacuz Villamar

Abstract

In the following article, the author presents its views about the importance of properly assessing the potential of Mexico’s renewable energy resources in preparation for the forthcoming transition to a less carbon-intensive economy. The implications of the non-fossil obligation imposed by law to the electricity sector are weighted against the current level of local knowledge on these resources, in particular the present status of National Inventory of Renewable Energy Resources, also mandated by law. An overview is given on the early work carried out in this country for the assessment and mapping of these resources, with emphasis on the pioneering work of IIE.

Introducción

Al momento de escribir estas líneas, el proceso hacia la reforma del sector energía del país entra ya a su recta final: los partidos políticos han dejado claras sus posturas a través de propuestas presentadas al Congreso y éste se apresta a iniciar el debate correspondiente. Las aparentes ventajas de cada propuesta se analizan y difunden en los medios y son tema de conversación en los círculos socialesmás interesados,mientrasque lasposturasde algunos grupos se manifiestan en las calles.

Al igual que en ocasiones anteriores, el puntocentral de las propuestas para la reforma sigue siendo el petróleo y las posibles modalidades de participación del sector privado, nacional o extran-jero en ese negocio, aunque esta vez también sepone al frente una posible reforma constitucional quetocaalsectoreléctrico,tantoenloquerespectaa su estructura de empresa, como en lo concer-niente a la participación del sector privado en un nuevoesquemadelnegocioeléctrico.

El uso de las energías renovables (ER) es un área en la que parece haber consenso en todas laspropuestas de reforma, ya sea considerándolas

Con las energías renova-bles es posible obtener energéticos secundarios útiles para la economía co-mo electricidad, calor en una amplia gama de tem-peraturas, así como com-bustibles sólidos, líquidos y gaseosos.

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Divulgación

como elemento para la “sustentabilidad energética y protección del medio ambiente” (Peña, 2013),para la “transición hacia fuentes alternativas de energía” (PRD, 2013), o bien para convertir aMéxico en “país líder mundial en el fomento de la sustentabilidad energética y las energías limpias”(PAN, 2013).

Enlosmediosmásespecializadossereconoceque,desde un punto de vista puramente técnico, con las ER es posible obtener energéticos secundarios útiles para la economía: electricidad, calor en una amplia gama de temperaturas, así como combus-tibles sólidos, líquidos y gaseosos.También existeunanociónclaradequeMéxicoposeerecursosERen abundancia (geotermia, sol, viento, potencia hidráulica, biomasa y distintas formas de energía enlosocéanos)que,segúnseproponeenalgunoscírculos, serían suficientes para descarbonizar por completo la economía nacional. Pero queda porverse en quémedida esto es alcanzable, práctico,así como económica, ambiental y socialmente rentable. De momento todo parece indicar quelas ER han encontrado un espacio en los círculos más encumbrados de la política mexicana, sin embargo, será necesario un análisis de varios factores, técnicos y no técnicos, para dilucidar en quémedidaestasfuentesdeenergíapodráncontri-buir a los objetivos nacionales de seguridad energé-tica, sustentabilidad ambiental, desarrollo econó-mico e inclusión social.

Marco jurídico

Dos elementos del marco jurídico nacional actual permiten hacer algunas reflexiones sobre la magnitud del reto en cuanto al aprovecha-miento de las ER para el logro de estos objetivos y a la vez establecen la línea base que permitirámedir la eficacia de las estrategias resultantes de la reforma energética definitiva: la Ley General de Cambio Climático(LGCC) (DOF, 2012) apro-bada en 2012 y la Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (LAERFTE) (DOF,2013) aprobada en 2008. La primera establece una meta en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero del 30% al año 2020 y del 50% al 2050, ambas con relación a las emisiones en el país durante el año 2000,mientras que lasegunda ordena una meta de generación no-fósil

(léase ER y nuclear) del 35% para el año 2024, 40% para el 2035 y 50% para el 2050.

Los retosque imponenestasmetasencuantoa la incorporacióndeenergíasrenovables en el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) son enormes. Documentos oficiales dan una idea de ello en lo correspondiente a la capacidad de gene-raciónconERquedeberáinstalarseenlospróximosaños.LaProspectivadeEnergías Renovables (SENER, 2012-2026, a) anticipa en sus escenarios bajo yalto,capacidadesde31,147MWy38,146MWrespectivamenteparaelaño2026,mientrasque laProspectivadelSectorEléctrico(SENER,2012-2026,b) muestra escenariosquevandesde los26,742MWhasta los54,892MWpara ese mismo año. Ambos pronósticos con sus respectivas suposiciones, pero igualmente dominados por grandes hidroeléctricas y centrales eólicas. Como punto de comparación, la capacidad efectiva de generación del SEN a junio de 2013erade53,553MW(SENER).

Independientemente de la precisión en los números de las prospectivas, la sola idea de incorporar grandes cantidades de energías renovables al SEN induce a pensar en los cambios potenciales que se deberán dar, por ejemplo, en elesquema de planeación energética del país, en los criterios para la expansiónde la red eléctrica nacional, en los protocolos para la operación y control del sistema eléctrico, en la formación de nuevos cuadros de técnicos y especialistas, y así sucesivamente. ¿Son las grandes centrales eólicas elmejor esquemaparael aprovechamiento del recurso viento, o hay necesidad de impulsar la gene-ración distribuida? ¿Tiene más valor para el SEN, desde el punto de vista del balance de la red eléctrica o de la reducción de pérdidas por transmisión, una grancentral solareneldesiertodeSonora,quecientosdemilesdepequeñossistemas fotovoltaicos en los techos de casas y edificios en el entorno urbano? ¿Cuáles son los criterios para optar por el desarrollo de unas fuentes renovables deenergíaynoporotras?Preguntascomoéstastendránquerespondersemástempranoquetarde,concriteriostécnicos,económicos,ambientalesysociales,paraevitarel riesgodeequivocarel rumbode la transiciónenergética.Desdeluego, la información suficiente y precisa sobre el potencial de los recursos ER essindudaelprincipalelementotécnicoqueentraenlaecuación.

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Divulgación

Los energéticos convencionales se localizan típicamente en yacimientos confinados y geográficamente definidos, tienen una alta densidad energética, pueden extraerse al ritmoque convenga a las economías ypueden transpor-tarse hasta los puntos de consumo. Las ER, por el contrario, son de naturaleza dispersa, altamente dependientes del clima (salvo la geotermia y ciertas formas de energía de los océanos), de intensidad variable, algunas de ellas intermi-tentes en mayor o menor grado y deben convertirse a energéticos secunda-rios en el sitio donde se manifiestan. Para complicar aún más la situación, las tecnologías para el aprovechamiento de las ER son de muy diversa índole: no todas las turbinas eólicas son aptas para operar bajo un determinado régimen de viento, hay muchos tipos de celdas fotovoltaicas en el mercado, la conver-sión de biomasa a electricidad puede darse por distintas rutas tecnológicas, hay varios tipos de tecnologías termosolares para la producción de electricidad, y así sucesivamente.Peropor si esto fuerapoco, los esquemaspara su apro-vechamiento son muy diversos, pues es posible la instalación desde cientos o milesdeunidadesgeneradorasconunoscuantoskWdepotenciaconectadosalared,hastalasgrandescentralesdegeneracióndecientosdeMW,pasandoporunidadesdistribuidasdemedianapotencia.Yademásesposibleanticipar,como resultado de la inminente reforma del sector eléctrico, diversos modelos denegocioparaelaprovechamientodeestasfuentesdeenergía,loquetornarála situación aún más compleja y más interesante.

Un buen conocimiento de la naturaleza del recurso ER es crítico cuando de inversiones para unidades de generación eléctrica se trata. El costo nivelado de la electricidad ($/kWh) es un parámetro universalmente utilizado paracomparar entre distintas fuentes de generación (tradicionales y nuevas) y también sirve como ingrediente básico de las ecuaciones para determinar la rentabilidad de los proyectos de inversión en este campo. Este parámetro se calcula trayendo a valor presente la suma de todos los costos anticipados del proyecto (inversión, operación, mantenimiento, desmantelamiento, etc. –o comosediceenlajerga:“delacunaalatumba”–)duranteeltiempodevidaútil de la planta y dividiendo el resultado de esta suma entre la electricidad que seanticipagenerará laplantaduranteesemismoperíodo.Enel casode

las centrales con ER es en el denominador de esta operación donde un error en la determinación del valor del recurso ER puede llevar a resultados finan-cieroscatastróficos.Esporelloque,enlapráctica,las entidades financieras requieren evidencia feha-cientedequelosrecursosERhansidoevaluadosenel sitio del proyecto mediante la aplicación de las mejores prácticas internacionales como condición para otorgar el financiamiento necesario.

Históricamente, el conocimiento sobre los recursos ER se ha venido adquiriendomediante el uso deinstrumentos de medición especializados. Ello implicainversionesparalaadquisicióneinstalaciónen campo de estaciones de medición, así como para el acopio y análisis de la información recabada. Dichas inversiones pueden ser grandes cuando se trata de levantar el inventario de estos recursos en un país con gran extensión territorial, como es el casodeMéxico,perosonmuypequeñasencompa-ración con lo que se requiere para la exploraciónpetrolera. En épocas más recientes han surgido métodos indirectos basados en modelos mate-máticos e información de satélites, que permitenobtener información a menor costo y de forma más rápida sobre los valores y las características de estos recursos, aunque no necesariamente con laprecisiónrequerida.Perotodopareceindicarqueellevantamiento de información en sitio por medio de instrumentos seguirá siendo indispensable, al menos para calibrar los resultados de los métodos indirectos.

Inventario Nacional de Energías Renovables

El conocimiento a fondo del potencial de los recursos ER a nivel mundial ha sido, desde hace ya varios años, preocupación de organismos interna-cionales y de muchos gobiernos, principalmente de lospaísesavanzados,porloquesehanemprendidoimportantes programas para tal efecto (tabla 1).

En México, el Inventario Nacional de Energías Renovables (INER) es todavía una tarea pendiente, a pesar que desde hace cinco años, la LAERFTEindica que corresponde a la Secretaría de Energía“Establecer y actualizar el Inventario Nacional de las Energías Renovables con programas a corto plazo, y planes y perspectivas a mediano y largo plazo, comprendidas en el Programa Especial para

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el Aprovechamiento de Energías Renovables y en la Estrategia Nacional para la Transición Energética y elAprovechamientoSustentabledelaEnergía”,asícomo “elaborar y publicar el atlas nacional de zonas factibles para desarrollar proyectos generadores de energías renovables” (LAERFTE), dos tareas sin duda muy importantes por lo ya indicado líneas arriba.

Unbuen inventariodeERno solamente requierede conocer la magnitud de estos recursos, sino

además su distribución geográfica, sus variaciones en los ciclos largos, cortos y muy cortos, así como todos aquellos factores que de una forma u otrahacenqueunmismo recursomuestre ciertas características enun sitiodadoy otras distintas en sitios aledaños. El caso del recurso eólico en La Ventosa, Oaxacasirveparaejemplificarestehecho:laregiónesconocidaporsusfuertesvientos, pero no son de la misma intensidad en toda la zona, ni a distintas alturas en un mismo punto, ni tienen el mismo grado de turbulencia, ni la mismaintermitencia;algosimilarocurreencuantoalrestodelasER.Asíquemantener actualizado el inventario implica trabajo sistemático de mediano a largoplazoyaque,comosedijo,estosrecursosenergéticosdependenfuerte-mentedelclimayporloquesabemoselclimaesvariableylaevidenciadeque

Nombre del programa Institución responsable Principal objetivo/característica Cobertura Recursos involucrados

SolarandWindEnergyResource Assessment (SWERA)

Creado por UNEP-GEF y mantenido por NREL

Proveer datos de manera libre para el desarrollo de proyectos, mediante una plataforma GIS.

Mundial Solar, eólica

Global Atlas International Renewable Energy Agency (IRENA)

Ofrecermapasderecursosprovenientes de los principales institutos de todo el mundo.

Mundial Solar, eólica

Renewable Energy Mapping Program (REMAP)

Energy Sector Management Assistance Program (ESMAP) del BancoMundial

Elaborar mapas, validar los conjuntos de datos existentes, estandarizar metodologías de evaluación de los recursos y desarrollar capacidades de instituciones y expertos locales.

Pakistán, Indonesia, Lesotho, Madagascar, Maldivas, Papúa Nueva Guinea, Tanzania, Vietnam y Zambia

Solar, eólica, biomasa, minihidráulica

WindProgram DOE,NREL,NOAA Caracterizar y predecir el viento en tierra y mar.

Estados Unidos Eólica

Anemometer Loan Program

WindPoweringAmerica,WesternAreaPowerAdministration

Proveerdeequipoanemométricoa interesados en desarrollar proyectoseólicosquecuentenconuna torre.

Estados Unidos Eólica

Solar Radiation Resource Assessment (SRRA)

Ministry of New and Renewable Energy, India

Desarrollar el atlas solar del país. India Solar

BiomassEnergyEurope(BEE)

European Commission, Armonizar metodologías para la estimación de la biomasa con propósitos energéticos.

Europa Biomasa

Landfill Methane OutreachProgram(LMOP)

US Environmental Protection Agency (EPA)

Fomentar la recuperación y el uso de gas de rellenos sanitarios como fuente de energía.

Mundial Residuos sólidos urbanos

Marine and Hydrokinetic Resource Assessment and Characterization

DOE,EPRI,NREL Evaluar la energía de las olas, ríos, corrientes de marea y gradientes térmicos oceánicos.

Estados Unidos Océano,ríos

Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energéticos Renovables en México (LERM)

Instituto de Investigaciones Eléctricas, Red de Instituciones del LERM (22)

Desarrollar infraestructura técnica necesaria para la creación de bases de datos confiables sobre los recursos energéticos renovables del país. Elaborar la cartografía correspondiente.

México, países usuarios Solar, eólica, minihidráulica, biomasa, oceánica

Tabla 1. Muestra de los principales programas nacionales e internacionales relacionados con la evaluación de los recursos energéti-cos renovables, acopio de datos y distribución de información.

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está cambiando en forma importante es cada día más clara. La tarea entonces consiste en crear series históricas de datos apegadas a las mejores prácticas internacionalesquefacilitenlaplaneaciónenergéticaregional,latomadedeci-siones para la aplicación de inversiones, la planeación de la expansión de la red eléctrica, así como las labores de ordenamiento territorial y ambiental.

Durante varios años, instituciones nacionales y algunas extranjeras han tenido interés en conocer las características y el potencial de los recursos ER de nuestro país, y se han dado a la tarea de hacer levantamientos de información ya existente, mediciones en sitios de interés e incluso mapas regionales. Así, por ejemplo, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de los Estados Unidos de América (NREL por sus siglas en inglés) ha elaborado mapas del recurso eólico de la región de La Ventosa y de la franja fronteriza de nuestro territorio colindante con ese país (Schuartz, 1995; Elliot et al, 1994). El gran recurso hidráulico ha sido muy estudiado con miras al desarrollo de las grandes centraleshidroeléctricas,aligualqueelrecursogeotérmicohidrotermaldealtatemperatura, en ambos casos gracias a los programas de la Comisión Federal deElectricidad(CFE).Sinembargo,elpequeñorecursohidráulicoyelgeotér-mico de baja entalpía han sido relegados a prospecciones básicas, en función delinterésdealgunainstitución(CONAE).Elrecursosolarhasidoestudiadodesde hace ya muchos años por varias instituciones (Galindo, 1991; Hernández et al, 1991), notablemente los institutos de geofísica e ingeniería de la Univer-sidad Nacional Autónoma de México (UNAM), la Universidad Veracruzana y otras instituciones académicas, si bien el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) y el Servicio Meteorológico Nacional en conjunto cuentan con el mayor número de estaciones solarimétricas en el país.Porel ladodelabiomasa, lasinstitucionesqueconformanlaRedMexi-canadeBioenergía(REMBIO),encabezadasporelCentrodeInvestigacionesen Ecosistemas de la UNAM, han hecho un trabajo importante para generar informaciónsobreelpotencialydistribucióndeesterecursoqueensímismotiene una gran diversidad (Red Mexicana de Bioenergía). El potencial de laenergíaoceánicapermaneceprácticamente inexplorado,apesardequeelpaíscuenta con cerca de 11,000 km de costa.

Por otro lado, a raíz de la emisión de la LAERFTE, algunos gobiernos estatales han contratado los servicios de empresas extranjeras especializadas para la elaboración de mapas solares y eólicos de sus correspondientes entidades (Fondo Mixto CONACYT, 2008), mientras que el FondoCONACYT-SENER de Sustentabilidad Ener-gética ha financiado proyectos para la evaluación deesosmismos recursosen laspenínsulasdeBajaCaliforniayYucatán(FondoSectorialCONACYT,2009).

Con motivo de la COP-16 (Conferencia de lasPartes por sus siglas en inglés) en 2010, la SENER pidió al IIE la elaboración de mapas nacionales de los recursos sol y viento,que sedescriben enotrasección de este boletín. En fecha más reciente, la Subsecretaría de Planeación y Transición Ener-gética de la SENER contrató, con una empresa consultora, la realización de varios estudios sobre el potencial de los recursos ER de México (Price WaterhouseCoopers,2012).

Por lo descrito en los párrafos precedentes, pare-cieraqueel levantamientodel INERvavientoenpopa, pero la realidad es otra. La mayoría de los estudios referidos obedecen a propósitos y crite-rios distintos: algunos de tipo agrícola, otros para fines meteorológicos, otros para mostrar al mundo que se avanza en congruencia con los compro-misos nacionales de protección al medio ambiente, otros con fines puramente académicos y otros más simplemente para dar por cumplido un mandato de ley. Más aún, hay poca armonización de meto-dologías, patrones de referencia, estructuras de bases de datos, etc., entre los distintos estudios en cuestión. En realidad, este conjunto de acciones todavíaestálejosdeloquedebeconstituirunbuenINER y un conocimiento a profundidad de los recursos ER de este país que permita hablar contoda propiedad de recursos probados y económica-mente viables, con los que se podrán alcanzar lasmetas establecidas por ley hacia el primer cuarto de este siglo y más allá.

¿Cuáles son las zonas factibles para desarrollar proyectos de generación con energías renovables según lo requiere la LAERFTE? Desde luego ladisponibilidad y buena calidad del recurso en cuestión es una condición necesaria, pero no suficiente.Otrosfactorestambiénjueganunpapelimportante para la factibilidad de los proyectos,

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incluyendo la existencia de infraestructura eléc-trica para la interconexión a red, si fuera el caso, así como la existencia de caminos de acceso, los niveles de riesgo ambiental, el costo de las tecnolo-gías disponibles para su aprovechamiento e incluso factores sociopolíticos. Así que la elaboración deunatlascomoelque indica laLAERFTEimplicadar un paso más delante del solo establecimiento del inventario de los recursos, pues requiere deinformación contenida en éste para su análisis, en conjunto con el resto de los factores involucrados.

En una acción de asistencia técnica al Gobierno de México, el Banco Mundial comisionó un estudioparadefinirvariosdelosrequerimientosesencialesdel INER (Aburto, 2011). En ese estudio, el autor hace propuestas de carácter metodológico para implementar un proyecto que desemboque en elINER y apunta que “enMéxico se han realizadodos esfuerzos serios para construir inventarios de potenciales de energías renovables. Uno por parte de la Comisión Federal de Electricidad y el otro del Instituto de Investigaciones Eléctricas”. Mientrasque el de laCFE “está pensadopara satisfacer lasnecesidadesinternasdeeseorganismo”,lostrabajosdel IIE se encaminan hacia la integración de una base de datos que pueda ser útil, tanto para laplaneación energética como para la toma de deci-siones por parte de inversionistas del sector público y del sector privado.

El IIE y la evaluación de los recursos energéticos renovablesCasi desde su creación, el Instituto emprendió trabajos de evaluación de los recursos energé-ticos renovables, aunque de manera esporádicay en sitios específicos, debido a las limitaciones presupuestales que aquejan a la investigación ennuestro país, particularmente en aquellas áreasque, como las energías renovables hace 35 años,no tienen un lugar importante en la política ener-gética. Los primeros trabajos iniciaron en 1977 con el proyecto denominado: “Aprovechamiento de laEnergíaEólica” (BIIE4,1980),cuyasmetasincluían la recopilación de información a nivel nacional sobre velocidades de viento, la determi-nación de una metodología de prospección para identificar sitios con potencial eólico, dar inicio a la evaluación del potencial energético de la zona de La

VentosayevaluarelpotencialenergéticoeólicoenlaestaciónexperimentalqueelIIEtuvoenaqueltiempoenelsitiodenominadoElGavillero,enelEstadode Hidalgo. Como parte de los primeros estudios se analizaron los datos de velocidadesdelvientoregistradosduranteunperíodode16 años(1961-1976)por 68 observatorios y 96 estacionesmeteorológicas, que en aquel entoncesse encontraban operando en el territorio nacional. Ya en aquel tiempo seapuntaban las “dificultades de normalización, dada la utilización de una gran variedaddetiposymarcasdeequipodemedición”yseiniciabanlostrabajosde diseño de un “sistema de procesamiento de datos, enfocado no solamente alrecursoenergéticoeólico,sinoaldefuentesnoconvencionalesengeneral”(BIIE4,1980).

Con casi 2,000MW instalados y otros 3,000 omás por instalar potencial-mente, La Ventosa se ha convertido en el núcleo del desarrollo eólico nacional yunpolode atracciónpara empresasquebuscan autoabastecersede electri-cidad, desarrolladores de proyectos eólicos, proveedores de aerogeneradores e inversionistas. La actividad económica en la región ha crecido de manera importante, no sin dificultades y algunos problemas de corte sociopolítico, pero hace 30 años poca gente imaginaba que las cosas iban a ser así en esaregión.El viento ahíno representabamásquedificultadespara el tráfico enlascarreterasylimitacionesparaeldesarrolloagrícola,yaquemuchasespeciesvegetales tienen dificultades para adaptarse a esas condiciones climáticas.

Con el patrocinio de la CFE, en la década de 1970 se instalaron en La Ventosa dosestacionesanemográficasconlasqueseregistraronvelocidadesdelvientosuperiores a los 40 km/h, con más de 2,000 horas de duración en el período de un año. A partir de esta información, investigadores de la actual Gerencia de EnergíasNoConvencionales (GENC-IIE)concluyeronqueese lugarparecíaser“elmáspropiciopara la instalacióndeaerogeneradoresengranescala”,yapoyándose en informacióndelObservatorioMeteorológicodeSalinaCruz,Oaxaca, así como en información del entonces Plan Nacional Hidráulicoy de la extinta Comisión de Estudios del Territorio Nacional (CETENAL), elaboraron los primeros escenarios para la instalación en La Ventosa de hasta 920MWdecapacidadcon turbinaseólicasdeentre2MWy4MWcada

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Divulgación

una (Caldera et al,BIIE-41980).Lavisióndeentoncespuedeparecerlimi-tadaalaluzdeloqueahorasetieneinstaladoyproyectadoenesazona,sinembargo, los escenarios fueron hechos considerando la infraestructura eléc-tricaexistenteenaqueltiempoenlazona,comosemuestraenlafigura1.Elcaso de La Ventosa es paradigmático en cuanto a la importancia de la evalua-cióndelosrecursosenergéticosrenovablesensitio,lostiemposquetomaeldesarrollodesupotencialylamultiplicidaddefactoresqueintervienenenelproceso(Borjaetal,2005).

UnodelosmayoresretosquehaenfrentadolaCFEdesdesucreaciónhasidodotar del servicio eléctrico a comunidades alejadas más allá de donde es técnica y económicamente factible extender sus redes. Aun hoy en día, cerca de tres millones de mexicanos carecen del servicio, no obstante el avance económico del país. En algunos casos la necesidad ha sido atendida por medio de grupos electrógenos a diésel con el alto costo de operación y los impactos ambien-talesqueelloimplica.Sinlugaradudas,todaslaslocalidadesaúnnoservidascuentan con recursos ER suficientes para la generación local de electricidad ydesdeluegoqueexistentecnologíasaptasparasuaprovechamiento.Conelavance de las tecnologías habilitadoras, la informática y otros medios modernos es posible visualizar ya, demanera realista, esquemas en donde las comuni-dades remotas puedan tener ahora servicio eléctrico en condiciones análogas al del medio urbano y a costos competitivos, por medio de microrredes alimen-tadasconvariosrecursosdeERlocales,enloquellamamossistemashíbridosysoportadas por tecnologías avanzadas.

Laimplementacióndetalesesquemasrequieredegrancantidaddeinforma-ción sobre los recursos energéticos y de otra índole, disponibles localmente, junto con información sobre el microclima de la localidad, la orografía de la zona, la ubicación geográfica de la comunidad, su entorno y su demo-grafía, las características y costos de las tecnologías, etc. Los sistemas infor-

máticos modernos permiten manejar en forma ágil toda esa información y mediante el uso de modelos cartográficos se pueden identificar las mejores opciones para atender problemas como el de la electrificación rural (Miranda, 2005). Es por ello que a partir de 1997, laGENC-IIEha venido trabajando con estas técnicas para la consolidacióndeloqueahoraseconocecomoelSIGER (Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables) (iie.org.mx). Este es un sistema compuesto por mapas en formatos raster y vectorial, así como datos en forma tabular, los cuales contienen información sobre las ER y de aquellos elementos geográficos que influyen enla determinación de sitios para el aprovecha-miento de estas fuentes de energía. La informa-ción más importante con la que cuenta son losmapas de la distribución de los potenciales de las ER. También posee información de utilidad para la determinación de estos potenciales y aquéllanecesaria para la determinación de costos de generación eléctrica o de viabilidad técnica de proyectos. El sistema geográfico empleado es el estándar utilizado por el INEGI en la cartografía nacional(BIIE-4,2003).

Un sistema de información geográfica sobre las ER es de poco valor, sin información sobre estos recursos. Pero como ya se dijo, la tarea aún no se ha completado. En octubre de 2007, la GENC-IIE dio inicio al proyecto denominado: “Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Ener-géticosRenovablesenMéxico(LERM)”,quecontócon financiamiento conjunto de CONACYT(CONACYT,2006)ydelFideicomisoFICYDETdel IIE. Su objetivo general es desarrollar una plata-forma tecnológica e infraestructura que permitala creación de bases de datos confiables sobre los recursos energéticos renovables del país, con el fin deelaborarlacartografíanecesariaquepuedautili-zarse en la planeación y desarrollo de proyectos de aprovechamiento de los recursos energéticos renovables (BIIE 2, 2008). El LERM ha venidooperando a través de una amplia red de institu-ciones de educación superior y centros de inves-tigación de todo el país, como se describe en otro artículodeesteBoletínIIE.

¿Qué le permite a la industria petrolera hablar de reservas probadas, probables, inferidas, etc.? Cier-tamente hay reglas establecidas por consenso en la industria, lascualesfijanloscriteriosquedebe

Figura 1. Zonas identificadas por el IIE en los años 70 para el emplazamiento de centrales eólicas en La Ventosa, Oaxaca.

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Divulgación

cumplir un recurso para su categorización. Para las energías renovables, aun a nivel internacional, los criterios no están bien establecidos en todos los casos. En cuanto a la energía eólica, un conjunto de centros de pruebas eólicas tomó la iniciativa hace 15 años, de desarrollar estándares demedi-ción para asegurar la calidad de la información sobreesterecurso,loquehadadoorigenavariasrecomendaciones, estándares y requerimientospara los procedimientos de medición de la velo-cidad del viento y del desempeño de los sistemas eólicos. Así, bajo los auspicios de la Comisión Europea se creó la red MEASNET (measnet.com), la cual se ha convertido en la organización de referencia en lo que a calidad de medicioneseólicas se refiere. El IIE no es miembro de dicha red, pero ha adoptado para su trabajo las mejores prácticas establecidas por ese organismo, mismas que se difunden a nivel nacional a través de lasinstituciones afiliadas al LERM. En el caso de otros recursos de ER, el Instituto ha desarrollado sus propios métodos para la evaluación de los potenciales, los cuales están siendo contrastados con los métodos desarrollados por otras institu-ciones nacionales e internacionales.

Conclusiones

México se encuentra en el umbral de una transi-ciónenergéticaquehabrádedurarvariasdécadas.Sin duda muchas cosas cambiarán durante este lapso de tiempo, tanto en el ámbito técnico como en el jurídico, en el institucional, en el económico y en el social, pero la necesidad de más y mejor información sobre los recursos ER del país seguirá presente a lo largo de este periplo: su potencial global a nivel nacional, su distribución geográfica, sus características físicas, su variabilidad con los ciclos de la naturaleza y muchos otros parámetros quecaracterizanaestosrecursos.

El IIE ha sido pionero en este ámbito y deberá seguir contribuyendo, no solo aportando más y mejor información, sino avanzando en la asimilación y el desarrollo de nuevas técnicas y nuevosmétodos científicos que faciliten y haganmás económica la tarea de contar con un INER confiable y de gran utilidad en este proceso de cambio.

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JORGE M. HUACUZ VILLAMAR[[email protected]]

Doctor y Maestro en Ingeniería Física por la Universidad de California, San Diego, Estados Unidos. Ingeniero Químico por la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en 1970. Desde 1980 colabora con el IIE, desempeñándose como investigador, Coordinador del ÁreadeEnergíaSolaryGerentedeEnergíasNoConvencionales,puestoqueocupóde1995aseptiembrede2013,fechaenquesereincorpora a la plantilla de investigadores de esa Gerencia. Fue fundador y Presidente Nacional de la Asociación Nacional de Energía Solar (ANES) de México. Fue miembro de la Sociedad Internacional de la Energía Solar y Editor Asociado de la revista Solar Energy, publicación científica de dicha sociedad. Fue Coor-dinador Internacional de la Red Iberoamericana de Electrificación Rural con Energías Renovables (RIER) del Programa Iberoame-ricano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED).Colabora con el Grupo de Trabajo sobre Energías Renovables y es miembro del Comité Ejecutivo del Acuerdo Solar Power and Chemical Systems, ambos de la Agencia Internacional de la Energía.Ha dictado conferencias sobre el tema de las energías renovables en varios países y ha publicado artículos en revistas nacionales e internacionales.. Posee el nombramiento de Investi-gador Nacional por el Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

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Tendencia tecnológica

Panorama actual de los recursos energéticos renovables

Ubaldo Miranda Miranda, Ricardo Saldaña Flores e Hipólito Romero Tehuitzil

Abstract

The development of renewable energy projects largely depends on the knowledge of its energetic potential. In recent years there has been a global movement focused towards the evaluation and characterization of renewable energy resources, which has led to the development of different methods whose application has gradually become common in the world. The determination of the energetic potential of renewable resources foresees the necessity of databases, obtained from measurements or through models that provide an understanding of their behavior. This reduces the risk from the technical point of view, on the implementation of projects for their harnessing.

Introducción

El aprovechamiento de las energías renovables ha tenido un marcado crecimiento en los últimos años,queporcentualmentesuperaaldelasfuentesconvencionales.

La preocupación por el cambio climático, los compromisos de los países para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, los avances tecnológicos aunados a los problemas petroleros son algunos de los motores que hanimpulsado este rápido crecimiento. Se estima quea nivel mundial, la generación renovable aumentará a 25% de la generación bruta de electricidad en 2018, frente al 20% en 2011 y 19% en 2006.

México participa en estas políticas de desarrollo limpio, poniéndose las metas de reducir en 30% las emisiones para el año 2020, e incrementar el porcentaje de energías no fósiles para la generación de electricidad hasta por lo menos 35% para el año 2024.Alrespectosehanrealizadoestimacionesquemuestran un escenario de instalación de más de 18,000MWderenovablesalaño2018,querepre-sentaría una participación del 29%.

El desarrollo de proyectos con energías renovables depende en gran medida del conocimiento que se tiene de éstas, ya que los costos de producción de energía eléctrica son muy sensibles a la precisión de los datos.

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Boletín IIEjulio-septiembre-2013Tendencia tecnológica

El desarrollo de proyectos con energías renovables depende en gran medida del conocimientoquesetienedeéstas,esdecir, ladistribucióntemporalyespa-cial,yaqueloscostosdeproduccióndeenergíaeléctricasonmuysensiblesala precisión de los datos. Sin embargo, a pesar de su gran importancia, en la actualidad no se conoce con detalle el potencial de cada país.

En años recientes se ha dado un gran movimiento internacional enfocado a la evaluaciónde los recursos energéticos renovables,quehapropiciadoeldesa-rrollode tecnologías ymétodosquepoco apoco se vangeneralizando en elmundo.

Energía eólica

Es uno de los recursos renovables más baratos y seguros para generar electri-cidad. A nivel mundial, la generación eoloeléctrica ha tenido un acelerado crecimiento.Tansoloen2012seinstalaroncercade45GW,llegandoauna

capacidad instalada de poco más de 282 GW.Actualmenteson24paíseslosquecuentanconunacapacidadinstaladamayora1GW:16enEuropa,cuatro en Asia-Pacífico y cuatro en América, siendo uno de ellos México, que para finales de 2012contabacon1.37GW.Anivelmundial, lamayorparte de la potencia instalada se encuentra en tierra, solamente el 2% en el mar.

Para determinar el potencial eólico de un sitio es necesario contar con series de datos de viento, las cuales se obtienen, generalmente, realizando medi-ciones con anemómetros de copas colocados en torres, cuya representatividad no va más allá de unos cuantos kilómetros. Esto implica grandes apuestas económicas y la espera de varios años para generar los suficientes datos que muestrenla variabilidad del viento local, lo cual es indis-pensable para disminuir el riesgo de los proyectos eoloeléctricos.

Una opción para generar bases de datos es el uso de modelos. Típicamente se emplean modelos meteorológicos usados en la predicción del clima. La selección del modelo se hace tomando en cuenta diversos aspectos: tamaño de la región de estudio, resolución requerida, disponibilidad dedatos de entrada, etc. La combinación de medi-ciones anemométricas con modelos meteoroló-gicosproporcionainformaciónvaliosaquepermitedefinirregionesquemuestrenlasmejoresopcionespara el desarrollo de proyectos. De esta manera se puede hacer una planeación para estudiar con mayor detalle algún sitio de interés, lo cual repre-senta una reducción de tiempo y costo.

En México se emplean estos métodos, pero son pocas las instituciones mexicanas que realizanmodelacionesconestosfines,aunquehayempresasinternacionales que ofrecen datos y servicios demonitoreo. Entre las instituciones que empleanmodelos meteorológicos de mesoescala se encuen-tran la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), el Instituto Potosino de Investigación CientíficayTecnológica,A.C.(IPICYT),laComi-sión Federal de Electricidad (CFE), la Universidad Veracruzana (UV), la Universidad de Colima (U de C) y el Centro de Investigación Científica y Educa-ciónSuperiordeEnsenada,B.C.(CICESE).

La Gerencia de Energías No Convencionales del Instituto de Investigaciones Eléctricas (GENC-IIE)

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ha trabajado en el tema eólico desde hace más de 35 años. En este tiempo ha llevado a cabo medi-ciones de viento en más de un centenar de sitios estratégicos, adaptando sus métodos a las mejores prácticas internacionales. Por ejemplo, hace algunos años se monitoreaba a alturas de diez metrosyactualmentesetienentorresde80 metros,esto por la tendencia de medir a la altura del centro del rotor de las máquinas eólicas. Hoy en día,la GENC-IIE cuenta con una red de estaciones ubicadas en diversos sitios del país, que formanparte del Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energéticos Renovables en México (LERM). Asimismo ha incursionado en la modela-ción de viento. De hecho se tiene implementado, en servidores del IIE, el modelo Regional Atmos-pheric Modeling System (RAMS), desarrollado en la Universidad de Colorado. De igual manera se ha realizado trabajo conjunto con la UNAM, para la generación de bases de datos de viento horarias empleando el PSU/NCAR mesoscale model, cono-cido como MM5. Algunos de estos resultados se emplearon para generar la cartografía eólica de México que fue presentada oficialmente enla COP16 en Cancún, México, y que puede serconsultada en el sitio de la GENC: http://sag01.iie.org.mx/erri.

Energía oceánica

Los océanos representan aproximadamente el 71% de la superficie de la tierra y cuentan con energía que puede ser aprovechada para la generación deelectricidad. Existen diversas manifestaciones: olas, mareas, corrientes, gradiente térmico y gradiente salino.

Se ha estimado que la energía aprovechable delmaresseisvecesmayoralconsumoactual, loquerepresenta una fuente de energía muy atractiva. Sin embargo, los estudios son escasos y muestran resul-tadosmuyvariados,yaqueconsideranlaevoluciónde la tecnología, la cual, salvo la que se refiere alaprovechamiento de las mareas, se encuentra en la fase de prototipo.

Lasproyeccionesmundialesque sehacenpara lospróximos cinco años, relacionadas con la capacidad instalada de todas las energías limpias, muestran valores que superan los 770 GW, pero la únicafuente que no tiene cambio significativo y que

continúacomoelmenorcontribuyenteeslaenergíaoceánica,yaquesuvalorsemantienealrededorde1GW.

En el caso de generación eléctrica a partir de las olas, Portugal es el país más adelantado,aunqueexistenvariospaísesqueestándesarrollandoyprobandoestatecnología desde hace ya varios años como Escocia, Irlanda, Australia e India.

Porloquerespectaa lasmareas,Franciaesquiencuentaconlamayorexpe-riencia,yaquedesde1966construyóunacentralde240MW.Tambiénhayotrospaísesqueestántrabajandoenestecampoyquecuentanconpequeñosproyectos, como por ejemplo China, Canadá y Rusia.

Encorrientesmarinas,IrlandadelNortecuentaconunsistemade1.2MW,conelcualhainyectadoenergíaeléctricaalared,mientrasquetrabajandoenla energía producida por los gradientes salino y térmico se encuentran India, Holanda, Japón, Noruega y Estados Unidos.

La técnica para determinar el potencial de olas, mareas y corrientes marinas se basa en la instalación de sensores en el fondodelmar o en boyas, que apartir del monitoreo de presión y aprovechando el efecto Doppler se determina la altura y frecuencia de las olas o mareas, así como el perfil de la corriente. También se hace investigación empleando imágenes de satélite y aplicando modelos oceánicos, los cuales se acoplan a aquellosmodelosmeteorológicosque predicen el viento y de esta manera también se hace la predicción deoleaje, entre otros parámetros.

México cuenta con poco más de 11,000 kilómetros de costa y por lo tanto con grandes posibilidades de explorar y aprovechar su recurso energético. Enel extremonortedelGolfodeCalifornia existenmareasque superan losseismetrosdealturayseestimaunapotenciadelordende3.4GW.Porotrolado, la entrada y salida de grandes masas de agua provocan fuertes corrientes

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marinas en sitios como el Canal de Infiernillo y el Canal de Ballenas, convelocidadesentre3m/sy4m/s,conunapotenciaaprovechablede5kW/m².Otrasdosopcionesenestaregióndelpaíssonlageotermiacosterayventilashidrotérmicas. El Instituto de Ingeniería de la UNAM está llevando a cabo estudios de los recursos en el mar de Cortés y en el Canal de Cozumel, donde existen corrientes marinas importantes.

Algunas instituciones en México han realizado o están realizando mediciones conequipooceanográfico,entreellasseencuentranelInstitutoMexicanodeTecnología del Agua (IMTA), la Secretaría de Marina (SEMAR), el Instituto Mexicano del Transporte (IMT), el CICESE y la UNAM.

La GENC, dentro del marco del LERM y en coordinación con el Instituto de Ciencias Marinas y Pesquerías de la UV y el Centro de InvestigacionesBiológicasdeNoroeste seencuentra realizandomedicionesdeolas,mareasycorrientes marinas en el Golfo de México y el Golfo de California. El obje-tivo es crear una red de monitoreo en zonas prometedoras y al mismo tiempo crearunareddeinstitucionesconlaquesecompartalosdatos,losmétodosdeprocesamiento y los resultados.

Energía solar

Ésta es abundante en la mayoría del planeta y es una fuente natural e inago-table, capaz de proveer de energía eléctrica con cero o casi cero emisiones. En su paso a través de la atmósfera, parte de la radiación solar es atenuada por dispersión y otra parte por absorción. La radiación que es dispersada por laatmósferaseconocecomoradiacióndifusa.Alaradiaciónquellegaalasuper-ficie de la tierra sin haber sufrido cambio en su trayectoria lineal desde el disco solar se llama radiación directa. La radiación global es la suma de la radiación difusa y la radiación directa.

A finales de 2012, a nivel mundial había una capa-cidadtotalinstaladade100GWdesistemasfoto-voltaicos, mientras que para concentración solarhabía 2.5 GW, lo cual representa 6.8% y 0.2%respectivamente, de la capacidad total instalada de energías renovables.

Para estudios de proyectos fotovoltaicos se emplean datos de radiación global, mientras que paraproyectos de concentración solar se utiliza informa-ción de radiación directa. El principal instrumento para medir la radiación solar global es el piranó-

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metro y para medir la radiación directa se utiliza el pirheliómetro. Otra manera de determinar laradiación directa es midiendo la radiación global y al mismo tiempo medir la radiación difusa con un piranómetro idéntico, pero cubierto con un aro de sombra especial.

Una opción para obtener datos de radiación solar es mediante modelos, de los cuales hay una gran variedad en el mundo. Algunos utilizan la cober-tura de cielo, obtenida de observaciones directas, otros utilizan imágenes satelitales y en otros casos se emplean técnicas estadísticas. Diversas instituciones y empresas han aprovechado estas ventajas y han creadobasesdedatosycartografía,queenalgunoscasos se encuentran disponibles de manera gratuita.

En México la UNAM, la UV, la U de C y el IIE son lasprincipales institucionesquehan realizadomapas del recurso solar a nivel nacional. Como parte de las acciones encaminadas a la elaboración del Inventario Nacional de los Recursos Energé-ticos Renovables, el IIE generó mapas mensuales de irradiación solar global, directa y difusa, con base en información obtenida en más de 400 estaciones terrenas.

Energía minihidráulica

El aprovechamiento del recurso minihidráulico inició con el uso de ruedas hidráulicas para la producciónde fuerzamotriz,queacompañaronelnacimiento de la era industrial antes de la llegada del motor de vapor.

El proceso de conversión del recurso hidráulico más difundido actualmente es la producción de energíaeléctrica,tecnologíaconlaquesealcanzanaltos niveles de eficiencia.

En 2011, la capacidad instalada de pequeñascentrales hidroeléctricas a nivel mundial era de 106.7 GW. Los países con mayor capacidad sonChina 55.3%, India 9% y Estados Unidos 6.9%. Según estimaciones realizadas en 2005, en México existe un potencial para el aprovechamiento del recurso hidráulico con centrales menores a los 10 MWde3,250MW.

El potencial energético de una cierta sección de un río depende de su caudal y desnivel. El caudal es la

cantidaddeaguaquepasaenunciertotiempoporunaseccióndelcauce,yeldesnivel es la componenteverticalde ladistanciaque recorredichamasadeagua.

Para evaluar el recurso hidráulico se requiere conocer cómo evoluciona elcaudal a lo largo del tiempo. Una manera de hacerlo es mediante estaciones de medición instaladas en sitios estratégicos del río. Típicamente se monitorean los grandes ríos, por lo cual la primera dificultad para determinar el potencial minihidráulico es la falta de datos. En estos casos se recurre a modelos hidroló-gicos, de los cuales existe una amplia variedad en el mundo.

Actualmente existe en México un renovado interés por la generación de energía eléctrica aprovechando las caídas de agua de ríos y canales. La CFE, así como algunas empresas particulares, realizan estudios de viabilidad en diversos ríos del país. En estas investigaciones se emplean métodos y herramientas compu-tacionales al igual que trabajo de campo, compatible con lo que utiliza lacomunidad internacional dedicada al tema.

ElIIEcuentaconequipodemediciónyprogramascomputacionalesconloscuales, en coordinación con otras instituciones de investigación, ha llevado acabo estimaciones del potencial minihidráulico en algunos sitios de interés del país.

Biomasa

Previo al uso de combustibles fósiles, la biomasa fue la fuente primaria de energía por medio del calor de combustión. La biomasa combina la energía solaryeldióxidodecarbonoenenergíaquímica,enlaformadecarbohidratospor el proceso de fotosíntesis. El uso de la biomasa como combustible es un

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procesoneutraldecarbono,yaqueelCO2 capturado durante la fotosíntesis es liberado durante su combustión. La fotosíntesis en las plantas captura cerca de 4,000 EJ/año en la forma de energía en biomasa y alimentos. Consciente de la problemática energética y ambiental derivada del consumo de combustibles fósiles la Unión Europea ha establecido unos objetivos energéticos conocidos como el triple 20 para el 2020 (Directiva 2009/28/CE). Éstos consisten en la disminución de un 20% en el consumo de energía, reducción de un 20% de las emisiones de gases de efecto invernadero y un aumento de hasta el 20% en la cuota de participación de las energías renovables. El desarrollo tecnoló-gico europeo en biomasa es la punta de lanza a nivel mundial. El estimado de la energía potencial global de biomasa varía ampliamente en la literatura. La variabilidad se da entre las diferentes fuentes de biomasa y los diferentes métodos para determinarla.

El observatorio de la situación de las energías renovables en Europa, Eurobserv´ ER Barometer, distingue de la bioenergía o biomasa en sentido amplio cuatro fuentes energéticas: 1. Biomasa sólida. Aprovechamiento térmico o eléctrico de lamateriaorgánicadeorigenvegetaloanimalque incluye loscultivosenergé-ticos, residuos forestales, agrícolas leñosos, agrícolas herbáceos, residuos de indus-trias forestales y agrícolas. 2. Biogás. Está asociado a la metanización del proceso de fermentación anaeróbica de los componentes orgánicos de los residuos. Puede proceder de la metanización natural de los residuos sólidos urbanos depositados en los vertederos o puede producirse en digestores anaerobios. 3. Fracción orgá-nica de residuos sólidos urbanos. Son los residuos orgánicos procedentes de jardinesyparques,delascocinasylosalimentosdeloshogares,etc.Lagestiónde residuos sólidos urbanos contempla el siguiente orden de prioridad: a) preven-ción o reducción de producción de residuos, b) recuperación de residuos por mediodelreciclaje,lareutilizaciónylarecolecciónocualquierotroprocesoquepermita extraer materias primas secundarias, c) uso de residuos como fuente de energía (comúnmente incineración), d) vertido de residuos. 4. Biocarburantes. Sonloscombustibleslíquidosdeorigenbiológico,queporsuscaracterísticasfísi-co-químicasresultanadecuadosparasustituiralagasolinaoalpetróleo,bienseade manera total, en mezcla con estos últimos o como aditivo. Los biocarburantes másutilizadosenlaactualidadsonelbioetanol(quesustituyealagasolina)yelbiodiésel(quesustituyealgasóleo).

Generalmente, para evaluar el potencial de biomasa se consideran los métodos establecidos a nivel inter-nacional por las Directivas Europeas, UNFCCC, FAO,DOE,USEPA,etc.,para analizaryutilizarla biomasa para energía de manera efectiva y medioambiental. Entre los análisis de laboratorio básicos para evaluar el potencial se encuentran: el análisis próximo para determinar la humedad; materia volátil; carbón fijo y cenizas; análisis último para la determinación del porcentaje de carbón, hidrogeno, nitrógeno, azufre, cloro, ceniza y oxígeno en base seca; la estimación del valor calo-ríficonetoybruto.Otrosparámetrosquesedebenconocer son las tasas de producción en tiempo y áreas específicas de las fuentes de biomasa.

En México se conocen y emplean los métodos internacionales para determinar el potencial de cada componente de la biomasa. Existen diversas instituciones en el país que cuentan con infraes-tructuraparaello,aunquegeneralmenteelimpactode sus resultados es local.

En el IIE se realizó un estudio nacional del poten-cial teóricobiomásico,elcualmuestravaloresquesuperan los 1,000 PJ al año. Los resultados a nivel municipal se encuentran en el sistema de consulta SIGER http://sag01.iie.org.mx/siger.

Conclusiones

Las energías renovables son una de las opciones para aminorar el impacto al cambio climático y al mismo tiempo contar con energía para el desa-rrollo de los pueblos. La mayoría de los gobiernos del mundo lo saben y lo han impulsado, sin embargo, el costo de generación de energía quees elevado si no se toman en cuenta las externali-dades,nohapermitidoque sealcancen los resul-tados esperados, aun así, los avances son muy importantes.

Es deseable, entonces, que los países aportenmásrecursos económicos para una correcta evaluación de sus energías renovables y que se aventuren aprobar las bondades de las tecnologías limpias, estos dos elementos son básicos para que losproyectos sean cada día más exitosos.

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Cerdá E. La biomasa en España: una fuente de energía renovable con gran futuro. Editado por Fundación IDEAS DT, 01-2012. Madrid, España.

UBALDO MIRANDA MIRANDA[[email protected]]

Máster en Sistemas de Información Geográfica por la Universidad de Girona, España en 2005. Licenciado en Física por la Universidad Veracruzana, México en 1993. Se ha especializado en diversos países en el manejo de modelos de evaluación de recursos renovables y el análisis de imágenes de satélite. Desde 1994 ingresó como investigador a la Gerencia de Energías No Convencionales (GENC) del IIE, donde ha dirigido proyectos relacionados con la evaluación de los recursos energé-ticos renovables y los Sistemas de Información Geográfica (SIG). Actualmente coordina el Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables (SIGER), donde ha implementado diversas metodologías para generar mapas de recursos. Es el responsable del Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energéticos Renovables en México (LERM), el cual ha sido financiado porelCONACYTyelIIE.Actualmentetrabajaenlamodelacióndevientoamesoescala.

RICARDO SALDAÑA FLORES[[email protected]]

Doctor en Gestión del Conocimiento e Innovación en el Instituto Iberoamericano de Investiga-ción y Docencia en Estrategias de la Administración. Maestría en Administración en la Univer-sidad Juan Ruiz de Alarcón. Ingeniero en Energía por la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) Iztapalapa. Asistió al International Course on the Implementation of Wind Power, impar-tido por la Fundación Holandesa de Energía. Cursó el Diplomado en Promoción y Comercializa-ción de Servicios Tecnológicos en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM). Colabora en la Gerencia de Energías No Convencionales (GENC) del IIE desde hace 33años.FuemiembrodelSNIyobtuvolaBecadeDesarrolloTecnológicoyelPremioalDesem-peño Extraordinario dentro del IIE. Es miembro fundador de la Asociación Nacional de Energía Solar (ANES), en la cual ha participado activamente en diferentes Consejos Directivos y como organizador de semanas nacionales de energía solar en diversos lugares del país.

HIPÓLITO ROMERO TEHUITZIL[[email protected]]

Doctor y Maestro en Ciencias con especialidad en Ingeniería Química por la Universidad Autó-noma Metropolitana (UAM) Iztapalapa. Ingresó al IIE en el año 2000, a la Gerencia de Ener-gías No Convencionales. Se ha especializado en temas de las energías renovables. Destaca su tesis: “Producción de celdas solares con silicio monocristalino”, para obtener el grado de IngenieroQuímico por la Universidad Autónoma de Puebla. Realizó estancias sobre tecnologías de biogás y biomasa en la República Popular de China y España. Ha participado en proyectos contratados por gobiernosmunicipalesyestatales,institucionescomolaCFE,INE,SENERyCONACYTparalaevaluación técnica y desarrollo tecnológico para la generación eléctrica con biomasa.

De izquierda a derecha: Ricardo SaldañaFlores, Ubaldo Miranda Miranda e Hipólito Romero Tehuitzil.

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Artículo técnico

Factores de incertidumbre en la formulación financiera de proyectos de energías renovables: caso de proyectos eólicos y de energía solar

Rubén Cariño Garay y M. Consolación Medrano Vaca

Abstract Financial impact of uncertainty in wind and photovoltaic (PV) power generation projects is analyzed. . The analysis focuses on determining the levelized cost of energy by varying the overall uncertainty range in the resource quality. Wind speed and solar irradiance uncertainties are considered. Uncertainty values are computed taking into account both project site location and long run variability. Uncertainty analysis is complemented by integrating the exceedance probability concept PXX, which guarantees certain production levels at P75, P80 and P90. This paper also reviews levelized cost sensitivity from global uncertainty that wind and PV technologies are reporting, as well as exceedance probability. Results show that uncertainty reduction is a priority condition to maximize the PV or wind farm project profitability and that less uncertainty increases exceedance probability.

La disminución de la in-certidumbre es una condi-ción prioritaria para maxi-mizar la rentabilidad de un proyecto eólico o FV.

Introducción

El conocimiento adecuado del potencial del recurso energético (solar o eólico) es fundamental para determinar si un proyecto es viable para desarro-llarse.Sondiversoslosfactoresquedebentomarseen cuenta a la hora de decidir si un proyecto se lleva a cabo o no. La incertidumbre en la medición es un parámetrobásicoydelosquemásimpactaneneldesarrollo del proyecto, pero existen otras incerti-dumbresque se involucran en la estimaciónde lageneración de energía, relacionadas con el desa-rrollo y puesta en servicio del generador, tales como construcción, operación, producción de energía, y factores de incertidumbre en aspectos contractuales ylegalescomoporejemplolosquetienenquevercon la legislación ambiental y económica. Estos factores de incertidumbre, que se consideran enla formulación financiera de proyectos de energías renovables se clasifican en dos, como se ilustra en la figura 1.

En México existe la Guía para la Expresión de la Incertidumbre de Medición (NMX,1995), en dondesedescribelaformaenquedebenevaluarse

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Artículo técnico

y determinar las incertidumbres en términos gene-rales. En esta guía se distingue entre lo que es laincertidumbre en las mediciones de los errores de medición. Para recurrir a buenas prácticas de medi-ción del recurso eólico existe la norma IEC 61400-12-1:2005, enfocada a la instalación de instru-mentos de medición.

La evaluación de la incertidumbre en una central eólica o solar es de suma importancia por la natu-raleza del recurso. Las incertidumbres en la deter-minación de velocidad del viento y de la radiación solar están directamente vinculadas con el riesgo financiero.

La disminución de la incertidumbre es una condi-ción prioritaria para maximizar la rentabilidad de unproyecto,yquealmargendeformasymetodo-logíasqueseutilicen,laestimacióntienequeverconpredicción. Pero la realidad es que el futuro no seconoce,porloquelasestimacionestienenunvalorrelativo en el contexto de las proyecciones finan-cieras que tienen como origen una tendencia conbase en datos observados en donde no se considera, porejemplo,elcambioclimático,por loqueexistelaposibilidaddequealgunossitiosfavorablesenlaactualidad para el desarrollo de proyectos pierdan sus características de recurso disponible en un tiempo relativamente corto, y de igual forma sitios no favo-rables tienen la posibilidad de volverse de interés paraeldesarrollodeproyectos, loquesignificaqueel cambio climático es otro factor de incertidumbre.

A partir de los datos de incertidumbre tomados de fuentes de reconocimiento internacional (NREL, GL Garrad Hassan, 3TIER, EMD International, entre otras), para las energías eólica y solar, se deter-minó el Costo Nivelado de Generación (CNG), llevando a cabo análisis de sensibilidad variando la incertidumbre en el rango marcado. También se determinó el CNG considerando la P50, P90 y P99.

Factores de incertidumbre en el recurso eólico

El desarrollo tecnológico en la industria de aeroge-neradores ha incrementado la capacidad de gene-ración, dando como resultado aerogeneradores cada vez de mayores dimensiones a más altura. También se han buscado otras formas de medir la velocidad del viento a alturas mayores a los 100 m,

Figura 1. Clasificación de factores de incertidumbre.

Factores Valor (%)Incertidumbre en la calibración de anemómetros 0.5 -3.5Montaje 0.2 a 3Selección de medición del sitio 0.5 a 5Mediciones inconsistentes 3Período de datos en común (correlación) 0.3 a 3Extrapolación vertical 1 a 6.4Período histórico de datos 1.5 a 6Superficie disponible por topografía 3 a 6Variabilidad del recurso en 1 año 4Variabilidad del recurso en 10 años 6Incertidumbre global de determinación de velocidad del viento 3.6 -14

ReducingUncertaintyinWindProjectEnergyEstimates,2012SECONDWIND/DNVKEMA;Michael Fisher, Evaluación del Recurso Eólico, III Jornadas de Energía Eólica, 2012, NRG Systems, Inc.

Tabla 1. Rangos de valores generales de incertidumbre por categoría para el recurso eólico.

con dispositivos de percepción remota del viento como menciona Torben, sin embargo, se sigue utilizando más como instrumento de medición el anemó-metro de copas.

En el medio de las organizaciones dedicadas a la evaluación del potencial eólico y toda la cadena relacionada se tiene el contexto de la incertidumbre, declarada en los certificadosde calibraciónde los anemómetrosque seutilizanpara laevaluacióndelaincertidumbretipoB(NMX,1995),queconbasealaclasi-ficacióndelafigura 1correspondealfactordeincertidumbreenlamedición.En este sentido se tiene la incertidumbre en instrumentos de medición debido a la calibración de 1% a 5% (Erazo, 2011).

En la literatura analizada se reporta una cantidad considerable de casos y condi-cionesparaidentificarlaincertidumbrequeimplicaelrecursoeólico,loquellevaaconcluirquecadacasoesúnico,asícomolaincertidumbremismaparacadaproyecto. Los valores generales para fines de cálculo se reportan en la tabla 1.

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Artículo técnico

Factores de incertidumbre en el recurso solarLas fuentes de incertidumbre en el recurso solar se dividen en cuatro cate-gorías que agrupan todo el proceso de simulación del recurso e incluyen:precisión en la medición, variabilidad espacial, representatividad del período de monitoreo y la variabilidad inter-anual. Los rangos de valores generales de incertidumbre se reportan en la tabla 2.

Impacto económico de la incertidumbre en la producción con energía solar y eólica

Para financiar un proyecto, los actores financieros complementan el estudio conunanálisisde incertidumbre (ademásde loque implicaunoen laparteoperativa)queasocielosresultadosconlaprobabilidaddeéxito,conbaseenel conceptode probabilidadde excedencia.Esto significa que la producciónde energía no solamente toma en cuenta la media (P50), sino también valores dePqueasegurendeterminadosnivelesdeproduccióncomoP75,P80oP90.Una explicación del significado conceptual de PXX en este contexto la propor-ciona Travis Lowder y una explicación desde el punto de vista estadístico está dada por Cooper Energy.

Para calcular las estimaciones de energía más conservadoras se toma como referenciaelP50,porloqueparaunaP75,P90oP99,laenergíaestimadadisminuyeenlamedidaquelaPaumenta.Laincertidumbreenunacentraleólica o solar impacta negativamente en el cálculo de la probabilidad de exce-dencia. Para fines de cálculo del impacto de la incertidumbre global en el Costo Nivelado de Generación o CNG (método de evaluación económica más usado para proyectos de generación eléctrica), para una central eólica o solar, se toma como referencia la información proporcionada por 3TIER 2012, EMD International, NREL y otras fuentes, para calcular la produc-ción de energía anual con base en P90 y P99, variando la incertidumbre para amboscasos.Enlasfuentesmencionadasseresumenalgunasrelacionesquesemuestran en la tabla 3 y que cumplen con la curva de distribución deprobabilidad normal de acuerdo con la PXX deseada.

PXX Relación

P50 = µP84 = µ - σ * µP90 = µ - 1.282 * σ * µP95 = µ - 1.645 * σ * µP99 = µ - 2.326 * σ * µ

Aron Dobos, Paul Gilman and Michael Kasberg; P50/P90 Analysis with the System Advisor Model; National Renewable Energy Laboratory NREL, May, 2012.PramodJain;WindEnergyEngineering;McGrawHillCompa-nies,Inc.,NewYork,USA2011.

Tabla 3. Relaciones con base en la PXX seleccionada.

Cálculo del impacto de la incertidumbre en el CNG eólica y parámetros base

El CNG es el método más usado para proyectos de generación eléctrica, y explicaciones detalladas sobre el mismo se encuentran en autores como Borja,2007yAlonsoetal,2006.Suvalorexpresael costo promedio de la unidad de producción ($/kWh) durante la vida útil esperada del gene-rador. Para su cálculo, los costos totales durante la vida útil y la energía total producida se reducen a valor presente al inicio de operación, a una tasa de descuento considerada.

Los parámetros que se toman en cuenta sonlos que se ocupan generalmente para evaluarproyectos de inversión. Los datos reportados en la tabla 4 son valores medios consultados en diversas fuentes de instituciones con vasta experiencia en el tema, como la European Wind Energy Associa-tion (EWEA), el COPAR, la Agencia Interna-cional de la Energía (AIE), entre otras.

Un posible escenario considera la variación de incertidumbre desde 3% a 18%, afectando la producción de energía anual sobre la base de P50 y P90, como se observa en la tabla 5a.

Factores Valor (%)

Precisión en la medición 2-15Variabilidad espacial 0-1Representatividad del período de monitoreo 0.5-2Variabilidad inter-anual 2-5Incertidumbre global del recurso solar 5-17

Schnitzer Marie Reducing Uncertainty in Solar Energy Estimates A Case Study, AWSTruepower,March 2012.Riesgo & Incertidumbre en Radiación Solar, Fundación Chile, CENER, 2013.

Tabla 2. Rangos de valores generales de incertidumbre para el recurso solar.

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Artículo técnico

Parámetro Valor Unidades

Generación anual de energía P50

306,600 MWh/año

Factor de planta 35 %

Potencia instalada 100 MW

Costo de inversión unitario 1,700 USD/kW

Costo de inversión de la central

170 MUSD

Vida útil de la planta 20 años

Tasa de descuento 10 %

Costos de operación y mantenimiento

0.01 USD/kWh

Monto por reposición de equipo

20 %

Tabla 4. Parámetros base para el cálculo del CNG para una central eólica.

Incertidumbre P50 P90 P99Energía estimada GWh/año

3% 306.60 294.81 285.219% 306.60 271.22 242.4212% 306.60 259.43 221.0215% 306.60 247.64 199.6318% 306.60 235.85 178.23

Incertidumbre P50 P90 P99Costo nivelado de generación USD/kWh

3% 0.0771 0.0797 0.08209% 0.0771 0.0856 0.094412% 0.0771 0.0890 0.102315% 0.0771 0.0926 0.112018% 0.0771 0.0967 0.1240

a)

b)

Tabla 5. Impacto de la variación de incertidumbre en P90 y P99 para una central eólica.

Resultados en el costo nivelado de generación eólica

El costo nivelado de generación para una planta de generación eléctrica en condicionesevaluadasencasobaseesde7.7ctvsdedólar/kWh.Laenergíaestimada para P90 y P99 se ve afectada entre más grande sea la incerti-dumbre, e impacta notablemente en su CNG. En la tabla 5b se tienen los resultados. En la figura 2a se muestra cómo en la medida que la incerti-dumbre crece, el diferencial del impacto en el CNG para la P99 es cada vez mayor.Caberesaltar la importanciaquetieneelcuidarlosdetallesdesdelamedición del recurso, la selección de la turbina y el mantenimiento a los aerogeneradores ya instalados para reducir al máximo la incertidumbre.

Parámetros base para el cálculo del CNG de energía solar

Los parámetros base para evaluar un sistema de generación fotovoltaico se relacionan en la tabla 6. Estos valores son típicos para una planta de gene-ración fotovoltaica (FV) a gran escala. Para estimar la producción de energía anualseaplicaelmismoprincipioqueparalaenergíaeólicaylosresultadosse reportan en la tabla 7a.

Figura 2. Impacto de incertidumbre en el CNG de energía eólica y FV sobre P90 y P99.

a)

b)

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Artículo técnico

Resultados en el costo nivelado de energía solar

En la tabla 7b se observa el costo nivelado de generación para cada caso evaluado, al igual queun sistema eólico. La incertidumbre tiene un gran impacto en la economía de un sistema de genera-ción FV.

Enlafigura2bsemuestracómoenlamedidaqueaumenta la incertidumbre, el diferencial del CNG se incrementa en el caso de la energía FV.

Conclusiones

Ciertamente, la estimación espacio-temporal del potencial energético del viento y de la radiación solar en suelo es de lo más incierto. La reducción de la incertidumbre es una condición prioritaria para maximizar la rentabilidad de un proyecto y definitivamente al margen de metodologías y formas que cada organización utilice, el tema esla estimación de la producción a futuro. El hecho esque tienequever conpredicción, algoquehapreocupado a la humanidad desde siempre y la realidadesqueestrictamentehablando, el futurono se conoce, es incierto, por lo que las estima-ciones tienen un valor útil pero relativo. Casi todas en el contexto de las proyecciones finan-cieras tienen como origen una tendencia con base enlainformacióndequesedispone,provenientede datos observados de un “estado de la natura”dado, por lo que es de esperar comportamientossimilares a futuro en el recurso estudiado, sin embargo,nohayqueperderdevistaqueéste“esde esperar”, no considera eventos asociados a lascondiciones de los ecosistemas incluyendo al ser humano y al medio biofísico (Alberti, 2009), en donde uno de los efectos más notables es el cambio climático. En términos prácticos esto significaquelossitiosestudiadosparaeldesarrollode proyectos pueden perder sus características favorables de recurso disponible en un tiempo relativamente corto, debido a las condiciones cambiantesdelmediobiofísicoenqueseencuen-tran. De igual forma, sitios considerados no favo-rables tienen la posibilidad de volverse de interés para el desarrollo de proyectos, lo que significaque el cambio climático es otro factor de incer-tidumbre a tomar en las proyecciones financieras.

IncertidumbreP50 P90 P99

Energía estimada GWh/año3% 8.76 8.42 8.159% 8.76 7.75 6.9312% 8.76 7.41 6.3115% 8.76 7.08 5.7018% 8.76 6.74 5.09

IncertidumbreP50 P90 P99

Costo nivelado de generación USD/kWh3% 0.1489 0.1548 0.16009% 0.1489 0.1683 0.188312% 0.1489 0.1759 0.206515% 0.1489 0.1843 0.228618% 0.1489 0.1935 0.2561

Tabla 7. Impacto de la variación de incertidumbre en P90 y P99 para una central FV.

a)

b)

Parámetro Valor Unidades

Generación anual de energía P50 8,760 MWh/añoFactor de planta 20 %

Potencia instalada 5 MW

Costo de inversión unitario 2,670 USD/kW

Costo de inversión de la central 13.35 MUSD

Vida útil de la planta 25 años

Tasa de descuento 10 %

Costos de operación y mantenimiento 1 % sobre inversión

Montoporreposicióndeequipo 20 % de inversión para inversor

Tabla 6. Parámetros base para evaluar el CNG de una planta FV.

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Artículo técnico

M. CONSOLACIÓN MEDRANO VACA[[email protected]]

Maestra en Ingeniería Energética por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Ingeniero Químico por la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM). Ingresó al IIE en 1985 y labora en la Gerencia de Energías No Convencionales (GENC) desde 1995. Su área de especialidad se enfoca en la evaluación económica financiera de proyectos de energía renovable. Ha participado en proyectos diversos de generación eléctrica a partir de fuentes renovables como son: incineración de residuos sólidos municipales, biogás de rellenos sanitarios, fotovoltaicos, eólica e hidráulica, entre otros. Ha participado como instructor en diplomados de sistemas fotovoltaicos interconectados a la red impartidos por la GENC, con el módulo de evaluación económica.

RUBÉN CARIÑO GARAY [[email protected]]

Maestría en Informática por la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas (UPIICSA) del Instituto Politécnico Nacional en 1982. Ingeniero Químico Metalúrgico por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en 1975. Ingresó al IIE en 1986. Una de sus especialidades es el cumplimiento de la conformidad del diseño de aerogeneradores y el análisis estadístico en la calibración de anemómetros. Actualmente es investigador en la Gerencia de Energías No Convencionales (GENC-IIE). Ha participado en el proyectodediseñodeunaerogeneradorde1.2MWydeevaluaciónderecursos,eneltemadelproceso para la calibración de anemómetros de copas. Ha sido instructor en el curso de energía eólica. Tiene una patente otorgada y un modelo de utilidad.

Referencias

3TIERWind.Preliminary power estimate: for the potential project site using a generic 82 m turbine at 80m hub. 3TIER, 2012.

Marina A. Advances in Urban Ecology,SpringerScienceBusinessMedia, 2009.

Alonso G., Ramírez R. y Palacios J. Análisis de costos nivelados de la generación de electricidad en México, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares. Simposio LAS-ANS Argentina, junio de 2006.

BorjaM.Taller de introducción a la tecnología de aerogeneradores módulo 2: consideraciones iniciales, Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Energías No Convencionales, julio de 2007.

Cooper Energy Cumulative Probability – P90, P50, P10, [en línea]. Recuperado de http://www.cooperenergy.com.au/images/files/Cumulative%20Probability%20P90%20P50%20P10.pdf

Erazo A. Impacto de las actividades de prospección de recursos en el desarrollo de proyectos ERNC, Acciona Energía, abril de 2011.

NMX-CH-140-IMNC-2002. Guía para la expresión de la incer-tidumbre de las mediciones equivalente a Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement,BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAP,IUPAC,OIML(1995).

Mikkelsen T. Remote Sensing of Wind, Technical University of Denmark,DepartmentofWindEnergy,DTURisØCampus.

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Comunidad IIE

Presencia del IIE en la RVP-AI/2013

El 7 de julio tuvo lugar en el puerto de Acapulco la vigésima sexta Reunión de Verano de Potencia, Aplicaciones Industriales y Exposiciones Industriales (RVP-AI) 2013, en la que se abarcaron temas relacionados con los aspectosregulatorios de las empresas eléctricas, el cambio climático, redes inteligentes, pérdidas en redes eléctricas, innovación tecnológica, cables subterráneos y gerencia de ingeniería, la cual fue inaugurada por Luis Carlos Hernández Ayala,DirectordeOperacióndelaComisiónFederaldeElectricidad(CFE).

EnlareuniónsehablósobrelosnuevoshorizontesqueseplanteanenelIIE,los cuales obedecen a políticas públicas como la Estrategia Nacional de Energía y el Plan Nacional de Desarrollo y se resaltó el apoyo brindado a la CFE y PEMEX como principales proveedores de proyectos. También se habló sobre la necesidad de invertir los porcentajes de dependencia de los recursos energéticos finitosporfuentesdeenergíanoconvencionalesysehizohincapiéenqueelInstituto tiene el conocimiento necesario en estos rubros para lograr avances significativos.

El IIE también tuvo presencia en la exposición industrial con diferentes productos, como el robot de inspección de tuberías, los medidores inteligentes SIM-IV, el inversor fotovoltaico, laMáquinaEólicaMexicana (MEM) y losconceptos de ciudad inteligente y granjas solares.

8° Simposium Latinoamericano de la Energía 2013

Losdías14y15deagostosellevóacaboenelCentroBanamexdelaCiudadde México, el octavo Simposium Latinoamericano de la Energía, organizado por la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas (CANAME), cuyo tema centralfue:las“tendenciasglobalesenahorrodeenergíayenergíasrenovables”.

Como parte principal del evento se contó con los paneles de “eficiencia ener-gética y energías renovables”, “tendencias globales en ahorro de energía enMéxicoyenelmundo”,“redeseléctricasinteligentes(smart grid). Tendencias globales”.

Paralelamente se contó con un área de exhibición en donde a través de 55 stands se presentaron productos innovadores y de vanguardia. Cabe destacar queelIIEtuvopresenciaconun stand, donde se expusieron sus capacidades en el área de energías renovales, eficiencia energética, cogeneración, diagnós-ticos energéticos, evaluación de programas de eficiencia energética, redes inte-ligentesyserviciostécnicosespecializadosyvisitadoporfabricantesdeequipo,académicos, constructores y comerciantes de los sectores eléctrico y energético, así como de la industria en general.

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Comunidad IIE

PCIC México 2013

Del 24 al 26 de julio se llevó a cabo en la Ciudad de México, la Conferencia Técnica para la Industria Petrolera y Química en México o PCIC México 2013 (Petroleum and Chemical Industry Conference),queincluyóunespacioexclusivoa la visión de la ingeniería con énfasis en las nuevas aplicaciones de la tecno-logía en la industria petrolera.

PCICMéxico2013ofrecióunprogramamuycompletoqueincluyóconferen-cias magistrales dictadas por personalidades de amplia experiencia y tuvo como invitado especial al IIE. José Miguel González Santaló, Director de Sistemas Mecánicos, inauguró el evento y dictó una de las conferencias magistrales con eltema:“captacióndeCO2”.

Asimismo, el IIE coordinó y presentó cuatro conferencias técnicas presentadas encadaunadelastressesionespanelesporJoaquínGarcía,quienhablósobreArchitectures, Standards and Communications Technologies for the Smart Grid; Rito Mijarez: Development of HPHT downhole measurements tools: challenges and strategies; Hugo Pérez Rebolledo: Integrated Management of Energy Effi-ciency in Electrical Systems, yOmarHernández:Energy Efficiency in Petroche-mical Electrical Systems.

CabeseñalarqueelPCICMéxicofuecoorganizadoconpersonaldelIIE.

Investigador del IIE reelecto como Director del Board of Directors de la IGA

El 15 de julio de 2013, Eduardo Iglesias Rodríguez, investigador de la Gerencia de Geotermia (GG) del IIE y Doctor en Ciencias fue reelecto como Director de la Junta Directiva de la International Geothermal Association (IGA), para el período 2013-2016.

Cabedestacar queEduardo Iglesiasha sido electopara estepuesto en cincoocasiones durante diferentes periodos, los cuales son de tres años con posibi-lidad de relección, sin embargo, después de completar dos periodos consecu-tivos es obligatorio dejar pasar al menos uno antes de presentarse nuevamente a elecciones.

Eduardo Iglesias es actualmente Presidente del Comité de Información de la IGA y como tal es responsable de aconsejar a la Junta Directiva acerca de las políticas para la compilación, publicación, intercambio y diseminación de información geotérmica. Además se desempeña como editor de la revista trimestral IGA News, es Consejero del Comité Ejecutivo, miembro de los Comités de Nominación, y de Recursos y Reservas.

La participación del investigador en la Junta Directiva de la IGA ha propor-cionado a la Gerencia de Geotermia una extensa red de útiles contactos con la comunidad geotérmica internacional, algunos de los cuales han resultado en solicitudes de cooperación o proyectos vendidos a países latinoamericanos.

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Tecnologías de conversión térmica para residuos sólidos municipales

Durante el segundo trimestre de 2013 se realizó el 21st Annual North American Waste-To-Energy Conference en Fort Myers, Florida, Estados Unidos, evento al queacudióCésarRomoMillares,investigadordelaGerenciadeEnergíasNoConvencionales(GENC)delIIE.Cabedestacarquedichaconferenciaeslíderen el tema de plantas de conversión térmica de residuos sólidos urbanos con generación eléctrica.

En 2012, la GENC desarrolló, para la Coordinación de Distribución de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), los proyectos: factibilidad técnica y económica del proyecto piloto de central termoeléctrica de incineración de residuos sólidos municipales (RSM) con recuperación de energía para el Estado de México, además de la ingeniería básica para su licitación y la guía de generación de electricidad mediante residuos sólidos urbanos.

Este 2013, la CFE ha solicitado a la GENC continuar con el apoyo en este tema, con el fin de detectar oportunidades y promover con los gobiernos esta-tales y municipales del país, la generación de electricidad con residuos sólidos urbanos, con el objetivo de satisfacer necesidades internas y la producción independiente de energía.

Asiste el IIE al 2013 IEEE PESGM

Del 21 al 25 de julio se llevó a cabo el 2013 IEEE Power and Energy Society General Meeting, Shapping the Future Industry (2013 IEEE PESGM) en el Centro de Convenciones de Vancouver, Canadá, organizado por la IEEE Power and Energy y cuyo propósito se centró en reunir y revisar trabajos teórico-prác-ticos relevantes relacionados con la energía, aplicaciones en línea a mediano y largo plazo, a través de conferencias, reuniones y exposiciones.

Por parte del IIE asistió el investigador EricZabre Borgaro, quien presentóel artículo técnico: Reliability Recovery in Attending Power Plants by Means of Alarm Rationalization, realizado en colaboración con Víctor Jiménez Sánchez, Mayolo Salinas Camacho y Rafael Román Cuevas, investigadores de la Gerencia de Sistemas Avanzados de Capacitación y Simulación, y OctavioGómez Camargo, investigador de la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones,quienesademásparticiparoncomocoautoresdelproyecto.

Este congreso representó un foro de intercambio y aprendizaje para el IIE, dadoquelogróreuniraproximadamenteatresmilparticipantesentreinvesti-gadores y académicos de diversos países del mundo.

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Comunidad IIE

Application of Structural Analysis to Improve Fault Diagnosis in a Gas Turbine

El libro titulado Gas Turbines de la editorial INTECH se publicó en septiembre de 2010 y cuenta con la colaboración de Marino Sánchez Parra, investigador de la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones del IIE.

El capítulo 11 de este libro se titula: Application of Structural Analysis to Improve Fault Diagnosis in a Gas Turbine y en él se expone el trabajo realizado por los autores: Cristina Verde, investigadora del Instituto de Ingeniería de la Univer-sidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y Marino Sánchez, mostrán-dose resultados parciales de su trabajo de investigación doctoral.

Cabedestacarqueestecapítulohaacumulado6,000descargasanivelinterna-cional desde su publicación, las cuales se han hecho principalmente en Estados Unidos (828), India (414), China (195), Alemania y Japón (141 cada uno).

El diagnóstico es un componente importante en el desarrollo de sistemas de pronóstico de fallas, útiles para el mantenimiento predictivo de procesos industriales,porloqueexisteunbuenpotencialdeaplicaciónenunidadesdegeneración hidroeléctrica, turbogeneradores de gas/vapor y aerogeneradores.

Esta técnica aún no se ha podido implantar en alguna aplicación, de manera quenohahabido,alafecha,unretornodeinversiónparaelIIE,porloquesecontinúa buscando una aplicación.

Investigadores del IIE participan en capítulo de libro

Pablo H. Ibargüengoytia, Roberto Liñán y Alberth Pascacio, investigadores del IIE,juntoconEnriqueBetancourt, investigadordeProlecGE,publicaronelresultado de un proyecto como capítulo del libro: Recent Advances in vibration analysis,editadoporNatalieBaddourenlaeditorialInTech.

El capítulo publicado lleva por título: Probabilistic vibration models in the diagnosis of power transformersypresentalosresultadosdelproyectoqueselerealizó a la compañía Prolec GE, para el diagnóstico de sus transformadores basado en el análisis de las señales de vibración del transformador.

Lahipótesisdelproyectoplanteaqueexisteunpatróndevibracionescuandoun transformador opera normalmente y de ahí se pueden identificar desvia-ciones a ese comportamiento normal. Para identificar los modelos de transfor-madorfuncionandocorrectamentese“aprendieron”lospatronesdevibración,usando técnicas de inteligencia artificial.

Serealizaronmedicionesdevibracióneneltanquedevariostransformadoresenel piso de pruebas de la fábrica de Prolec GE y ya con los modelos aprendidos, al sensarlavibraciónencualquierotrotransformadorcondiseñosimilar,segeneraunvalordeprobabilidaddequeeltransformadoroperecorrectamente.Conestecálculo se pueden identificar fallas desde sus primeras manifestaciones.

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Breves técnicas

El estudio de la conversión de biomasa a energía eléctrica ha sido un tema de interés por más de tres décadas en la Gerencia de Energías No Convencionales del Instituto de Investigaciones Eléctricas (GENC-IIE).

Se han realizado investigaciones para el diseño y construcción de digestores domésticos con fines no solo energéticos, sino también para la reducción de los efectosdecontaminantesquecontribuyenalcalentamientoglobaldelplaneta.Cabe destacar los trabajos para la determinación del porcentaje óptimo de sólidos y la evaluación de la influencia de la temperatura de la digestión de los desechos orgánicos.

Se han desarrollado proyectos y metodologías para la evaluación del potencial del biogás para la generación de electricidad en rellenos sanitarios municipales. Ejemplos son los trabajos desarrollados para el municipio de Aguascalientes y la evaluación técnica y económica del biogás producido en el relleno sanitario BordoPonientedelGobiernodelDistritoFederal.

Determinación del potencial energético de la biomasa

Hipólito Romero Tehuitzil y José Luis Arvizu Fernández[[email protected] y [email protected]]

Actualmente se profundiza en el desarrollo de metodologías para la evaluación técnica y financiera detecnologíastermoquímicas(incineraciónygasi-ficación), para la conversión de residuos urbanos, agrícolas y forestales a energía, así como la reduc-ción de emisiones de metano y dióxido de carbono. Para ello se cuenta con equipo para su análisisquímicoyfísico,tantodecampocomodelabora-torio, para la valorización energética de la biomasa, así como las herramientas computacionales para la simulación de los procesos.

En resumen, la GENC-IIE cuenta con sólida expe-riencia e infraestructura para realizar estudios de evaluación del potencial energético de la biomasa, así como para determinar la viabilidad técnica y económica de proyectos de aprovechamiento de este recurso en la generación de electricidad.

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Breves técnicas

El Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energéticos Renovables en México (LERM) fue creado por el Instituto de Investigaciones Eléc-tricas (IIE), con apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología a finales de 2007 y cuenta con equipo de laboratorio, disponible para el monitoreode los recursos eólico, solar, biomásico, minihidráu-lico y oceánico. Asimismo cuenta con un sistema de cómputo de alto rendimiento para el procesamiento, almacenamiento, intercambio y difusión de resultados.

El LERM está acoplado con el Sistema de Infor-mación Geográfica para las Energías Renovables (SIGER), infraestructura de la Gerencia de Ener-gías No Convencionales (GENC-IIE) para la gene-ración y publicación de mapas. Uno de los resul-tados relevantes es la cartografía de los recursos eólicos y solares de México, que fue presentadaporelGobiernoFederalenlaCOP16.Losmapasse integraron al sistema de consulta de la GENC, disponible en http://sag01.iie.org.mx/siger.

El LERM se encuentra al servicio de gobiernos municipales, estatales y federal, instituciones educativas y de investigación, desarrolladores de proyectos,ytodoaquelinteresadoenlaevaluaciónde los recursos energéticos renovables. Algunos de losserviciosqueseofrecenincluyen:

• Selección de sitios para campañas de monitoreo de viento y radiación solar.

• Integración, operación y mantenimiento de estaciones de monitoreo de viento, radiación solar y flujo en ríos.

• Campañas de monitoreo de perfiles verticales de viento.

Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energéticos Renovables en México

Ubaldo Miranda Miranda[[email protected]]

• Campañas de monitoreo del flujo en ríos y canales.

• Campañas de monitoreo de olas, mareas y corrientes marinas.

• Monitoreo y evaluación de gases de rellenos sanitarios.

• Calibración de anemómetros de copas.

• Análisis técnicos y económicos de proyectos.

• Procesamiento de datos.

• Capacitación en temas de evaluación energética de fuentes no convencio-nales de energía.

• Elaboración de cartografía de las energías renovables y creación de geoportales.

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Breves técnicas

Sistema de monitoreo de perfiles verticales del viento

Ubaldo Miranda Miranda[[email protected]]

La tecnología eoloeléctrica ha tenido un desarrollo impresionante en los últimosaños,loquehadadolugaralaconstruccióndeaerogeneradorescadadíademayortamañoqueactualmentesuperanlos100metrosdediámetroyson montados en torres de alturas similares.

Losorganismosinternacionalesrecomiendanqueparaestudiosdefactibilidadeconómica, los datos de viento se deben medir a la altura del centro del rotor, lo cual implica hacer costosas instalaciones de monitoreo en torres muy altas.

Una opción para medir el viento hasta alturas mayores al eje del rotor y obtener elperfilverticaldelvientoconbuenaresoluciónesemplearunMiniSODAR.Estosequiposaparecieronenelmercadoparapropósitosdeevaluacióneólicayrepresentanventajassobrelasmedicionestradicionalesporquelascampañasresultan más económicas, se alcanzan las alturas de medición requeridas yel equipo es portátil y pequeño.Cabe destacar que para realizar una buenacampaña de medición, lo óptimo es contar con una torre de mediana altura y unMiniSODAR.

Un SODAR (SOund Detection And Ranging)mide el perfil tridimensional del viento en la capa baja de la atmósfera, envía pulsos de sonido emitidos a una frecuencia específica y aprove-chando el efecto Doppler, determina la velocidad a laquesemuevenlasmasasdelaire.

La Gerencia de Energías No Convencionales del Instituto de Investigaciones Eléctricas (GENC-IIE) cuenta con un MiniSODAR marca ASC, quealcanza alturas superiores a los 200 metros, con una resolución de 5 metros. Se ha empleado en campañas de monitoreo de perfiles verticales del viento en la Central Nucleoeléctrica Laguna Verde con muy buenos resultados avalados por personal de la misma, entre ellos el Meteorólogo Rodrigo MancillaOsorio,responsabledelaEstaciónMeteo-rológica Laguna Verde.

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Breves técnicas

Túnel de viento del IIE

Fortino Mejía Neri y Rubén Isaac Cariño Garay[[email protected] y [email protected]]

El Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) cuentaconuntúneldevientoquefuediseñadoyconstruido dentro de sus instalaciones de Palmira, Morelos, e inició sus operaciones en 1989 con los siguientes propósitos:

• Llevar a cabo pruebas de prototipos de comportamiento de sistemas conversores de energía eólica.

• Realizar pruebas en modelos a escala de torres y cables de transmisión.

• Hacer análisis de perfiles aerodinámicos y calibración de instrumentos de medición de viento.

El túnel trabajadentrodel intervalode2.7a40 m/s.Estáequipadoconunsistema de adquisición de datos, que en su hardware incluye acondiciona-miento de señales, conversión analógica-digital, sensores de temperatura, humedad, presión barométrica y tubos Pitot con transductores de presión para la obtención de presiones dinámicas. Cuenta con la funcionalidad para llevaracaboelcálculodelavelocidaddelvientoquesetomadereferenciapararealizar calibraciones de tubos Pitot industriales tipo S, tipo L y Prandtl, así comodeanemómetrosdecopas,porloqueelsistematomalafrecuenciadelanemómetro en velocidades y secuencias predeterminadas en el procedimiento de calibración correspondiente.

Actualmente se encuentra en desarrollo la acreditación del proceso de calibra-ción de anemómetros de copas.

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Artículo de investigaciónCaracterización preliminar del potencial energético del viento en el cerro La Virgen, Zacatecas

Ricardo Saldaña Flores1, Víctor Manuel García Saldivar2, Ubaldo Miranda Miranda1, Sergio Miguel Durón Torres2 y María Flor Morales Reyes1

Artículo presentado originalmente en el XX Congreso Mexicano de Meteorología y V Congreso Internacional de Meteorología de la OMMAC 2011, en Acapulco, Guerrero, ISBN Obra Independiente: 978-607-95130-4-7

1Gerencia de Energías No Convencionales del IIE2Unidad Académica de Ciencias Químicas, UAZ, Zacatecas

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Artículo de investigación

Introducción

En el presente trabajo se lleva a cabo la caracteriza-ción, de manera preliminar, del comportamiento y nivel de potencialidad energética del viento en el cerro La Virgen, Zacatecas, con miras a realizar estu-dios sobre su aprovechamiento para la producción de energía eléctrica a través de aerogeneradores.

Empleando información medida de la velocidad y dirección del viento a 20, 40 y 60 metros de altura, así como de temperatura ambiente y presión atmosférica a nivel de piso cada dos segundos y promediada en intervalos de 10 minutos, entre el 12 de septiembre de 2007 y el 11 de septiembre de 2009, se determinó la velocidad promedio del viento, desviación estándar, pará-metros k y c de la función de densidad de proba-bilidad deWeibull, velocidadmáxima y densidadde potencia en un punto localizado en el cerro La Virgen, Zacatecas, en las coordenadas geográficas 102° 32’ 52” longitudOeste, 22° 44’ 07” latitudNorte y 2,697 m.s.n.m. (x=751,834.87 metros,y=2,516,299.72 metros; UTM zona 13 Norte).

Posteriormente se estimó la generación eoloeléc-trica a través de un aerogenerador determinando su factor de planta.

Asimismo se llevó a cabo la modelación de la velocidad y densidad de potencia del viento a 80 metros de altura en los alrededores del punto demedición,determinándose las zonas de mayor contenido energético.

A partir de la medición del viento durante dos años se encontró una velocidad promedio entre 6.6 y 7.2 m/s a 20 y 60 metros de altura respectivamente, con valoresdedensidaddepotenciaentre236.8y346.6W/m2, siendo los vientos delSSWlosdemayoraporteenergético.Encuantoalageneracióneoloeléctricase estimaron factores de planta anuales superiores al 30%.

Dadas las características del viento en el lugar de estudio y su nivel de potencialidadenergética se deduce que es posible, desde el punto de vistade disponibilidad del recurso, implementar aerogeneradores para la genera-cióneléctrica, requiriéndose realizar estudiosposterioresquepermitandeter-minar su factibilidad técnico-económica.

Metodología

A partir de mediciones anemométricas realizadas a 20, 40 y 60 metros de altura cada dos segundos y promediadas cada 10 minutos, durante 24 meses (12 de septiembre de 2007 al 11 septiembre de 2009), en un sitio localizado en el Cerro La Virgen, Zacatecas, cuyas coordenadas geográficas son 102° 32’ 52”longitudOeste,22°44’07”latitudNortey2697m.s.n.m.(x=751,834.87m, y=2,516,299.72 m; UTM zona 13 N) se llevó a cabo la estimación de la velocidad promedio del viento, desviación estándar, factores de forma y de escala,kycdelafuncióndedensidaddeprobabilidaddeWeibull,velocidadmáxima y densidad de potencia.

Abstract

In the present work, a preliminary characterization of the behavior and level of energetic potential of the wind in La Virgen hill, Zacatecas is carried out, in order to conduct future studies on its harnessing for the production of electricity through wind turbines.

By using information of wind speed and direction measured at 20 m, 40 m and 60 m height, and temperature and atmospheric pressure measured at ground level, every 2 seconds and averaged on 10 minute intervals, from September 12th, 2007 to September 11th, 2009, it was obtained the wind speed average, standard deviation, the parameters k and c of the Weibull P.D.F., maximum speed and power density at a point located in La Virgen hill, Zacatecas. Subsequently the electric generation through a wind turbine, obtaining its plant factor was estimated.

The modeling of wind speed and power density at 80 m height around the measurement point and the identification of the areas of greatest energetic content were also conducted.

After wind measurement made during two years, an average speed between 6.6 and 7.2 m/s at 20 and 60 meters respectively was found, with power density values between 236.8 and 346.6 W/m2, being the winds from SSW those more energetic. As for wind power generation it was estimated annual plant factors above 30%.

Given the characteristics of the wind in the place of study and its level of energetic potential, it is possible, from the point of view of its available wind resource, the use of wind turbines for electric generation, being necessary to carry out further studies to determine its technical and economic feasibility.

124



Asimismo se determinaron las curvas de distribución de velocidades a 20, 40 y 60 metros de altura.

Finalmente se extrapoló la velocidad a 80 metros de altura y se determinó la curva de distribución de frecuencias de velocidades y el potencial de genera-ción eléctrica a través de un aerogenerador comercial estimándose el factor de planta para el período de mediciones.

LafuncióndedensidaddeprobabilidaddeWeibullestádefinidapor:

p(u)= kc

uc( () )k – 1 e

uc( )k

–

donde:

u = velocidad del viento (m/s)

k = factor de forma

c = factor de escala (m/s)

si:

k = σu( )– 1.086

donde:

u = velocidad promedio del viento (m/s)

σ = desviación estándar de la velocidad (m/s)

G (1+1/k)c = u

La densidad de potencia del viento (W/m2) está dada por:

u3 p(u) d up = r12 ∫

0

∞

r = densidad del aire (kg/m3)

La potencia generada está dada por:

P(u) p(u) d uPG =∫ui

us

P(u) =Funcióndegeneración(kW)

ui = Velocidad de inicio de generación (m/s)

us = Velocidad de salida de generación (m/s)

El factor de planta es:

fp =PG

Pnom

Pnom = Potencia nominal (máxima potencia) del aerogenerador(kW)

Resultados

En la figura 1 (a y b) se muestra la localización del sitio de medición.

La tabla 1 muestra los valores anuales de velocidad promedio, desviación estándar, factores k y c de la función de densidad de probabilidad deWeibull,velocidad máxima y densidad de potencia obtenidos para el período de medición.

Las figuras 2 a 5 muestran las curvas de distribución de velocidades a 20, 40, 60 y 80 metros de altura. La curva de distribución de velocidades a 80 metros de altura se elaboró empleando la ley de la potencia, con exponentes α obtenidos con las velocidades medidas a 20, 40 y 60 metros de altura.

Las cuatro curvas de distribución muestran su correspondiente distribución de Weibull quemejor la aproxima.

125


Figura 1a. Localización del área de estudio en el estado de Zacatecas.

Figura 1b. Ubicación de la estación anemométrica.

Altura (m)

Velocidad Promedio (m/s)

Desviación Estándar (m/s)

k c (m/s) Velocidad Máxima (m/s)

Densidad de Potencia (W/m²)

20 6.56 3.27 2.11 7.41 34.48 236.7640 7.05 3.51 2.11 7.97 36.24 292.6260 7.21 3.66 2.07 8.15 36.40 318.8980 7.41 3.78 2.07 8.37 37.18 346.56

Nota: Los valores a 80 metros de altura se estimaron a partir de la ley de la potencia, considerando los valores de velocidad a 20, 40 y 60 metros de altura.

Tabla 1. Características generales del recurso eólico.

Figura 2. Curva de distribución de frecuencias de velocidades a 20 metros de altura.


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Las figuras 6 y 7 muestran los resultados de la modelación de la velocidad media y densidad de potencia del viento a 80 metros de altura.

Lafigura8muestralacurvadepotenciadeunaerogeneradorcomercialde1.8MWdecapacidadnominaly90metrosdediámetro.

La tabla 2 muestra estimaciones de la potencia y energía generada, así como factores de capacidad en forma mensual y anual, conside-rando una altura del eje del rotor de 80 metros y un valor de densidad del aire r=0.89 kg/m3.



Figura 6. Velocidad media estimada en los alrededores del sitio de medición a 80 metros de altura.

Figura 7. Densidad de potencia estimada en los alrededores del sitio de medición a 80 metros de altura.

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ConclusionesEl sitio estudiado presenta características de viento adecuadas para su explotación energética con fines de generación eoloeléctrica. Se requiere realizarestudios sobre la instalación de aerogeneradores, considerandolascaracterísticasdelterreno,requeri-mientos técnicos e impactos ambientales.

AgradecimientosAl Consejo Zacatecano de Ciencia, Tecnología e Innovación (COZCYT) por el apoyo brindado através del proyecto ZAC-2006-C01-16112, del cual se derivó la información empleada para la realización del presente trabajo.

ReferenciasProyecto: Evaluación de los potenciales eólico del cerro de La Virgen y solar de Zacatecas. Clave ZAC-2006-C01-16112. Universidad Autónoma de Zacatecas. Abril, 2010.

INEGI. GEMA Geomodelos de altimetría del territorio nacional. México.

RISØ.Getting started with WAsP 8. Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark. 2003.

Figura8.Curvadepotenciadeunaerogeneradorcomercialde1.8MWdecapacidad nominal.

Mes Velocidad media

estimada (m/s)

Potencia Generada (kW)

Energía Generada (MWh)

Factor de Planta (%)

Ene 8.39 727.0 540.9 40.4Feb 8.90 803.8 540.2 44.7Mar 9.57 874.3 650.6 48.6

Abr 9.03 841.7 606.0 46.8May 7.39 576.9 429.2 32.1Jun 6.15 345.1 248.5 19.2

Jul 6.50 409.0 304.3 22.7Ago 6.00 326.1 242.6 18.1Sep 5.52 259.0 186.5 14.4Oct 6.15 364.5 271.2 20.2Nov 7.43 525.1 378.1 29.2Dic 7.89 667.0 496.2 37.1

Promedio 7.41 559.2 4898.6 31.1Nota: Se consideró un 6.82% global de pérdidas.

Tabla 2. Generación mensual estimada.

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UBALDO MIRANDA MIRANDA[[email protected]]

Máster en Sistemas de Información Geográfica por la Univer-sidad de Girona, España en 2005. Licenciado en Física por la Universidad Veracruzana, México en 1993. Se ha especializado en diversos países en el manejo de modelos de evaluación de recursos renovables y el análisis de imágenes de satélite. Desde 1994 ingresó como investigador a la Gerencia de Energías No Convencionales (GENC) del IIE, donde ha dirigido proyectos relacionados con la evaluación de los recursos energéticos reno-vables y los Sistemas de Información Geográfica (SIG). Actual-mente coordina el Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables (SIGER), donde ha implementado diversas metodologías para generar mapas de recursos. Es el responsable del Laboratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energéticos Renovables en México (LERM), el cual ha sido financiadoporelCONACYTyelIIE.Actualmentetrabajaenla modelación de viento a mesoescala.

RICARDO SALDAÑA FLORES[[email protected]]

Doctor en Gestión del Conocimiento e Innovación en el Instituto Iberoamericano de Investiga-ción y Docencia en Estrategias de la Administración. Maestría en Administración en la Univer-sidad Juan Ruiz de Alarcón. Ingeniero en Energía por la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) Iztapalapa. Asistió al International Course on the Implementation of Wind Power, impar-tido por la Fundación Holandesa de Energía. Cursó el Diplomado en Promoción y Comercializa-ción de Servicios Tecnológicos en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM). Colabora en la Gerencia de Energías No Convencionales (GENC) del IIE desde hace 33años.FuemiembrodelSNIyobtuvolaBecadeDesarrolloTecnológicoyelPremioalDesem-peño Extraordinario dentro del IIE. Es miembro fundador de la Asociación Nacional de Energía Solar (ANES), en la cual ha participado activamente en diferentes Consejos Directivos y como organizador de semanas nacionales de energía solar en diversos lugares del país.

MARÍA FLOR MORALES REYES[[email protected]]

Licenciada en Ciencias Atmosféricas por la Universidad Veracru-zana, Xalapa, Veracruz. Diplomada en Sistemas de Información Geográfica por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Ingresó al IIE en 1991 a la Gerencia de Energías No Convencionales (GENC). Ha participado en proyectos sobre dispersión atmosférica de contaminantes, evaluación de sistemas energéticos híbridos, evaluación de potenciales energéticos solar y eólico en diversas zonas del país, desarrollo de un sistema de información geográfico para las energías renovables en México y el Laboratorio Nacional para la Evaluación de Recursos Reno-vables en México (LERM). Su área de especialidad y sus activi-dades principales son la obtención, administración, exploración de calidad y aplicación de información meteorológica y clima-tológica para la evaluación de potenciales energéticos de fuentes alternas y su representación geográfica. Es autora de varios artí-culos nacionales e internacionales, derechos de autor y la publi-cación del primer servidor de mapas para las energías renovables en México en internet, SIGER.

De izquierda a derecha: Ricardo Saldaña Flores,María FlorMorales Reyes yUbaldoMirandaMiranda.

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