Estudio del diseño de una planta solar fotovoltaica de 10 Megavatios en Gaborone, Botsuana

Jiménez Prieto, Carlos (2018). Estudio del diseño de una planta solar fotovoltaica de 10 Megavatios en Gaborone, Botsuana. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Estudio del diseño de una planta solar fotovoltaica de 10 Megavatios en Gaborone, Botsuana
Autor/es:
  • Jiménez Prieto, Carlos
Director/es:
  • Rodríguez Rivero, Rocío
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2018
Materias:
Palabras Clave Informales: Proyecto, Generación, Transmisión, Diseño, Ingeniería, Energía, Solar, Fotovoltaica, Renovables, Panel, Botsuana, Gaborone, ODS, Humanitario.
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería de Organización, Administración de Empresas y Estadística
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El diseño de una planta solar fotovoltaica en Gaborone, Botsuana, está ligado a dos objetivos: desarrollar una aplicación real de ingeniería que resulte beneficiosa para la sociedad batswana como conjunto y utilizar esta aplicación como impulso para conseguir un mayor acercamiento de Botsuana a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) marcados por la ONU. Este propósito principal de diseñar una instalación fotovoltaica va acompañado de objetivos adicionales, centrados en crear impactos positivos dentro del estado de bienestar, la situación socioeconómica de Botsuana y sus habitantes y la incorporación de nuevas tecnologías dentro del sector energético. Algunos de estos impactos positivos son el aumento de producción energética y un mayor acceso para satisfacer una demanda creciente, la aparición del sector de energía renovable, que permite atraer mayores oportunidades de inversión y diversificación económica, y el uso de políticas sociales como facilitar empleo local e informar de energías alternativas más respetuosas con el medioambiente mediante políticas equitativas, sostenibles y responsables. El extenso alcance del proyecto en el análisis de diversas áreas, permite identificar, evaluar e implementar de manera detallada los efectos positivos previstos. El contexto actual de Botsuana es complejo. Usando herramientas como el análisis PESTEL, se determinaron las características que condicionan el panorama actual de Botsuana, un país en vías de desarrollo. Botsuana es un país africano dirigido por una república parlamentaria con gobiernos estables y progresistas desde su independencia, respaldados por grandes organismos internacionales por sus políticas responsables y sus buenos términos con otras potencias internacionales como EEUU y Sudáfrica. Las nuevas políticas de Botsuana están centradas en ofrecer numerosos incentivos fiscales y bajos impuestos con el objetivo de promover las inversiones y el comercio, así como modernizar su estructura energética mediante la remodelación de la normativa perteneciente al sector renovable y la apuesta por energías alternativas como la energía solar. Botsuana es un país que ha ido creciendo económicamente de forma regular durante las últimas décadas. Sin embargo, la riqueza está repartida de una forma irregular entre los distintos sectores. Mientras el sector público es el que realiza la mayoría de maniobras expansivas dentro de la economía, muchas veces con escasa rentabilidad o con pérdidas con tal de promover el desarrollo, el sector privado ha estado caracterizado por una baja inversión en competitividad y diversidad, influenciado por las condiciones educativas y sanitarias de la sociedad batswana. Anteriormente muy concentrada en la explotación de minerales y diamantes, la economía de Botsuana empieza a despegar en otros sectores como la exportación de alimentos agrícolas y especialmente el turismo. Botsuana presenta sedes y fábricas de empresas internacionales debido a las buenas relaciones con el resto de países. Si bien es cierto que el crecimiento económico a corto plazo es positivo, se teme que la baja diversidad y competitividad acabe pasando factura a la economía batswana, por lo que se han establecido condiciones favorables a la inversión, así como subvenciones destinadas a diversos sectores. La situación social de Botsuana está representada por grandes desigualdades entre las zonas rurales y urbanas. Aunque algunas características como la esperanza de vida, la inclusión de las mujeres en la sociedad de forma equitativa, la tasa de mortandad, la tasa de nacimientos, la pobreza y el acceso a la electricidad han hecho avances importantes pero insuficientes, algunos aspectos como el abandono escolar, el paro, la pandemia de SIDA o la desigualdad entre poblaciones urbanas ricas y zonas rurales pobres siguen estando muy patentes en el país, a pesar de esfuerzos tanto nacionales como internacionales. En cuanto al análisis tecnológico, la red de transporte es adecuada y diversa, aunque no está totalmente modernizada. Actualmente se están centrando los esfuerzos en crear una infraestructura de telecomunicaciones mejor y con mayor acceso de la población. Asimismo, la conservación medioambiental de Botsuana, con una flora y fauna muy diversa y numerosas reservas naturales, es especialmente importante debido a varios factores, como el auge del turismo, el riesgo de desertificación y la alta sensibilidad a fenómenos como el cambio climático, que pueden disminuir aún más los escasos recursos hídricos y agrícolas de los que dispone Botsuana. Las políticas medioambientales nacionales han sido cuantiosas durante los últimos años, buscando atajar estos riesgos y proteger de forma correcta el entorno, evaluando muy seriamente los posibles impactos y peligros medioambientales de cualquier actividad económica. La normativa de Botsuana está actualizada a necesidades actuales del país como el suministro eléctrico, importaciones y exportaciones. La normativa laboral es funcional y flexible y se está mejorando en la implantación de políticas de igualdad. El contexto actual sobre los derechos en la adquisición y administración de terrenos permite ampliar la información necesaria respecto al terreno requerido para la instalación. El estudio de mercado reveló un país monopolizado por petróleo y gas, aunque las energías renovables, en especial la solar, están recibiendo recursos financieros para su explotación a gran escala. Los precios actuales cuentan con una gran parte subvencionada por el Gobierno, una situación que puede agravarse en un futuro debido a la poca variedad en el mix energético y la poca o nula intervención del sector privado y productores independientes en el mercado energético. Tras este análisis del macroentorno, se procedió a evaluar su viabilidad en distintos campos, analizando factores, identificando riesgos y estrategias de mitigación y respondiendo a preguntas importantes capaces de concretar la viabilidad de un proyecto. A su vez, se trató de validar y justificar la necesidad de las decisiones tomadas usando los ODS. En el aspecto legal del proyecto, se buscaba la completa adherencia con las leyes vigentes y la completa cooperación con los organismos gubernamentales relevantes al proyecto, obteniendo la mayor información disponible mediante asesoría local especializada y cumplimentando las licencias y permisos necesarios. En cuanto a la situación social, la aceptación social y el impacto positivo con un empleo local digno, políticas de igualdad y la mejora de condiciones de vida de la sociedad batswana son evaluados mediante mecanismos de participación pública, el fomento de políticas informativas transparentes sobre las ventajas y desventajas de la energía solar y la consulta con agentes sociales locales, buscando evitar efectos adversos y respetar las costumbres y opiniones locales. La viabilidad ambiental puso en marcha medidas de investigación y recolección de datos sobre posibles efectos sobre población, entorno, fauna o flora, su impacto, frecuencia e importancia mediante matrices de riesgos y de Leopold durante todas las fases de vida de la instalación, así como una batería de medidas correctoras de minimización de los efectos adversos, usando mecanismos como asesoría independiente, la evaluación del impacto medioambiental mediante un organismo gubernamental y la comparación con proyectos similares en otros lugares del mundo. El estudio de viabilidad técnico se centró en describir la tecnología utilizada para esta planta. La elección de la tecnología fotovoltaica presenta ciertas ventajas como un mayor desarrollo y consolidación, una mejor comprensión y disponibilidad de información y varias alternativas de instalación y equipo necesario. La comparación con otras tecnologías como la termosolar, o el análisis de factores como las ventajas y desventajas de cada tipo de panel según su estructura, posición, ángulo, momento del año y configuración del esquema, así como la evaluación de los efectos climatológicos y atmosféricos sobre la producción de energía solar, permiten ampliar la información y contexto sobre esta tecnología. A continuación, se escogió una finca de 10 hectáreas ubicada en Matebeleng, cerca de una localidad pequeña pero a poca distancia de Gaborone como localización de la planta. Posteriormente, se designó la maquinaria necesaria para llevar a cabo la instalación, utilizando el siguiente equipo y exponiendo sus características, criterios de selección y requisitos, con sus especificaciones técnicas en los anexos:  32.560 Paneles solares fotovoltaicos LG NeON 2 LG335N1C-A5 335 W  30.000 Microinversores Enphase S270.  6.000 m de cableado de PVC unipolar de sección 6 mm2.  250 m de cableado de XLPE unipolar de sección 120 mm2.  100 m de cableado de XLPE unipolar de sección 630 mm2.  16 m de cableado de PVC unipolar de sección 16 mm2  8 m de cableado de XLPE de sección 300 mm2  Software de monitorización de tipo SCADA Conext Advisor 2.  21 Transformadores de distribución modelo PROLEC GE.  160 Reguladores de carga MPPT Smart Solar 250V 100A VICTRON  85 Baterías Solar-One HUP SO-6-85-23 48V Flooded Battery  85 Inversores para las baterías VICTRON Phoenix 48/5000  3.320 Monturas solares triangulares flexibles SolarPV4U.  42 Paneles de interruptores Eaton Group-Mounted Switchboard Finalmente, se expusieron las limitaciones espaciales y las posibles ampliaciones en el futuro, así como el cálculo de energía generada durante los distintos meses del año, con la posición óptima de los paneles, las pérdidas de producción y la afectación de la meteorología y la irradiación solar. La planta solar se configuró para tener 10 MW de capacidad instalada y la estimación de producción anual fue de aproximadamente 22 GW. A continuación se puso a prueba la viabilidad económica del proyecto, estableciendo una conservadora vida útil de 25 años para la planta, y desglosando la inversión inicial necesaria en una suma de costes de maquinaria, terreno, transporte, tramitación, construcción, formación y asesoría. Los costes fijos de la planta solar fueron los sueldos y se destinó una partida del 0.5% de los beneficios como costes variables a realizar campañas de información sobre la tecnología social para promover su entendimiento completo y alentar la aceptación social del pueblo batswana hacia las energías renovables. Una vez explicados los distintos fondos de financiación posibles para cubrir esta posible inversión inicial, aunque no se tomaron en cuenta para las estimaciones económicas, se propuso un modelo económico para la planta, con una estimación potencial de abastecimiento para 13.177 habitantes, con una incorporación potencial de 4.170 contratos de luz nuevos. La electricidad producida se vendería al precio fijado por la BPC (Botswana Power Corporation) para el consumidor. Sin embargo, como parte de los costes de producción de energía lo paga el consumidor y parte los subvenciona el estado, la planta solar de Botsuana apercibe como ingresos por venta una cantidad superior al precio para el consumidor. El precio de venta de la planta solar de Gaborone a la BPC es de 0,153 USD/kW, obteniendo un beneficio anual total por ventas de 4.087.063 euros. Usando un modelo de amortización lineal y con distintas perspectivas para vidas útiles de baterías e inversores (pesimista, central o más probable y optimista), y considerando un capital circulante necesario para hacer frente a dos salarios mensuales, se realizaron los flujos de caja. A continuación, se determinaron el VAN, el TIR y el PRC. El VAN fue calculado para tres perspectivas distintas con tasas de descuento (r): 10% (pesimista), 8% (central) y 6% (optimista). Utilizando la perspectiva central de todos los parámetros, o la más probable, se obtiene un valor actualizado neto de 5.867.661 euros, con un TIR del 10.19% y un periodo de recuperación de la inversión de 9,25 años. En la valoración final, se destaca que un escenario más optimista es más probable debido a que no se incluyeron fondos de financiación a pesar de que están disponibles, que el sector energético en Botsuana está en alza, con un mayor consumo, mejor acceso y con planes futuros de liberalización de precios, la mejora e innovación en la tecnología fotovoltaica y la posibilidad de extender la vida útil de la planta como ha ocurrido en otros lugares del mundo. Como conclusión, se demostró que la instalación ofrecía beneficios moderados y aunque se tardaba en recuperar la inversión como suele ser característico en algunos proyectos de energías renovables, la planta solar era rentable y conseguía incorporar todos los objetivos propuestos al inicio del trabajo.En la última parte del diseño del proyecto, la ingeniería, se especificaron el inventario final, el detallado proceso productivo, los esquemas de conexiones de corriente continua y alterna, acotaciones y la distribución en planta, comparándolos con ejemplos de instalaciones reales. Por último, se comparó la instalación con otras dos plantas reales similares en localización y capacidad instalada, Phakalane y Ramagundam, con la planta propuesta y se compararon los precios por vatio instalado (3.805 USD/W), el factor de planta (25.18%) y el rendimiento de la planta (93%), unos parámetros considerados aceptables dentro de los márgenes determinados empíricamente con los datos de otras plantas solares en el mundo. Finalmente, a modo de discusión de resultados y conclusión, se determina que la instalación es una buena oportunidad para desarrollar una actividad económica industrial con carácter humanitario capaz de desencadenar múltiples efectos positivos para la sociedad batswana, como la mejora de las condiciones de vida gracias a un mayor acceso a la electricidad, un sistema energético más limpio y diverso, empleo local, la introducción de nuevas tecnologías capaces de representar oportunidades futuras de inversión, la contratación de terceros y el fomento de prácticas industriales éticas, responsables, sostenibles y transparentes hacia el consumidor. Adicionalmente, este proyecto revierte en un mayor desarrollo de Botsuana mediante proyectos de cooperación con países extranjeros, abriendo nuevas oportunidades a un país en vías de desarrollo que puede explotar eficazmente recursos disponibles ilimitados. Debido a la rentabilidad en la inversión y los beneficios, el proyecto también permite obtener una respuesta satisfactoria para la empresa encargada de dirigir la operación de la planta solar, una operación que podría ser prorrogada o renovada en un futuro dadas las previsiones de este documento.

Más información

ID de Registro: 49717
Identificador DC: http://oa.upm.es/49717/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:49717
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 12 Mar 2018 13:25
Ultima Modificación: 12 Mar 2018 13:25
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