Le pagan por el tiempo que navega
3.1.
Costo de la energía generada con el viento.
Explicaremos aquí la forma de llegar al valor
monetario de la unidad de energía eléctrica generada, el costo del kWh. Los
elementos constitutivos de este costo serán, en una primera aproximación, el
costo del capital invertido en el sistema, el costo de operación y
mantenimiento y el costo de impuestos y cargos varios entre los más relevantes.
Existe una variedad de métodos para llegar a este
importante valor entre los cuales podemos mencionar el desarrollado por el Electric
Power Research Institute o EPRITAG, el desarrollado por el Centro Regional
de Energía Eólica, CREE, el del Dr. Bastianón y el desarrollado por la
Agencia Internacional para el Estudio y Desarrollo de Sistemas Conversores de
Energía Eólica de la Unión Europea, IEAP [Ref. 9].
Como en otras oportunidades, seguiremos la metodología
propuesta por el libro "Energía del viento y diseño de turbinas eólicas"
del Dr. Ricardo Bastianón, [Ref. 3], de donde obtendremos un valor aproximado
del kWh.
El costo de capital, prorrateado a lo largo de la
vida útil de la turbina y actualizando su valor al momento de la inversión,
puede evaluarse mediante la siguiente expresión:
(XVI.1)
donde:
CC: costo del capital en U$S/kWh,
CIE:
capital invertido en U$S,
Eg: energía eléctrica generada en kWh,
i: tasa de interés anual,
N: años de vida útil de la turbina, 20 años como estándar de la
industria eólica.
Respecto de la energía generada a lo largo de un año, Eg, ésta variará
significativamente según sea el lugar de emplazamiento del sistema conversor de
energía eólica. La misma puede obtenerse de la superposición de la curva de
potencia de la turbina obtenida en el capítulo XIV."Vinculación rotor –
generador eléctrico" del presente proyecto y de la curva de distribución
de velocidades de viento analizada en el capítulo VI."Estadística del
viento", por ejemplo una distribución de Rayleigh.
Así, en la ecuación (VI.1):
,
,
R(V)
representa la cantidad de horas a lo largo de un año que el viento sopla a
velocidad V para un sitio de velocidad media
.
Luego, la energía generada durante el desarrollo de una potencia en un
cierto tiempo será el producto de la potencia por la cantidad de horas que esta
es alcanzada. De esta forma la energía, a lo largo de un año y para un sitio
con una determinada velocidad media de viento,
Sin embargo la curva de potencia de nuestra turbina
que hemos obtenido no estará completa hasta tanto no se halla desarrollado el
dispositivo de control ya que determinará el comportamiento de la potencia
captada, P(V), para velocidades iguales o superiores a la nominal, solo tenemos
hasta el momento el primer tramo de la misma, desde la velocidad de cut-in hasta
la nominal.
Es por esto que debemos recurrir a una aproximación
de la energía Eg. La forma de llegar a esta estimación será mediante la
siguiente expresión:
Eg = Pn . f c . 8760
(XVI.2)
donde
Pn es la potencia nominal del equipo en kW, f c el factor
de carga y 8760 la cantidad de horas en un año.
El factor de carga representa el porcentaje de horas
que en un año la turbina está entregando la potencia nominal. Este es función
de la velocidad media del viento, de la distribución de frecuencias y de la
curva característica de la máquina. Para turbinas de buena calidad la NASA ha
determinado empíricamente la siguiente curva para obtener este valor.
Siguiendo, ahora, con el análisis de costos de
generación, los gastos incurridos en la operación y mantenimiento del equipo
se consideran que son el 2% del capital total invertido mientras que en los
gastos en impuestos y otros el 1%. Por lo tanto:
(XVI.3)
(XVI.4)
Por otro lado el sistema autónomo proveedor de energía
eléctrica debe disponer de una fuente de almacenamiento para cubrir los huecos
energéticos en días de calma de viento por lo que éste debe ser considerado
como un integrante más del costo de generación. El sistema de almacenamiento más
ampliamente utilizado en estos casos es una batería de acumuladores eléctricos
agrupados según diferentes arreglos, serie o paralelo, según la tensión y
potencia de la pequeña red local.
Así, para el sistema de acumulación tendremos que
su costo prorrateado a lo largo los años de vida útil del mismo, n, y
actualizado al momento de la inversión será:
(XVI.5)
donde PB es el costo de las baterías y que puede
estimarse en un 10% del costo de la turbina.
Otro dispositivo indispensable en el suministro de
electricidad de origen eólico que incrementará los costos del sistema es un
regulador de voltaje interpuesto entre los terminales de la turbina y los de los
acumuladores con el fin de proteger a los últimos contra sobrecargas e
incrementar su vida útil y evitar el flujo inverso de la energía almacenada,
de las baterías al generador eólico. Asimismo, si pretendemos contar con
electricidad alterna y con frecuencia constante en nuestra red de suministro,
para posibilitar el uso de artefactos eléctricos estándar, debemos incorporar
al sistema un inversor de potencia suficiente cuyo costo también debe ser
adicionado al costo de generación. Estos dos dispositivos podemos agruparlos
dentro del término sistema de control de la potencia eléctrica generada.
De la misma forma que para el sistema de acumulación
podemos evaluar estos gastos como:
(XVI.6)
una
estimación adecuada del precio del inversor, PEL, es un 20% del precio de la
turbina.
Finalmente, el costo total de la unidad de energía
generada mediante un sistema conversor de energía eólica funcionando en una
red aislada del sistema interconectado, CTEE, será la suma de las expresiones
anteriores, quedando:
(XVI.7)