Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria

i Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado Universitario en Ingeniería de la Energía Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Autor: Francisco Javier Cantarero Morales Tutor: Francisco Javier Pino Lucena Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 iii Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de la Energía Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Autor: Francisco Javier Cantarero Morales Tutor: Francisco Javier Pino Lucena Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 v v Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Proyecto Fin de Carrera: Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Autor: Francisco Javier Cantarero Morales Tutor: Francisco Javier Pino Lucena El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2024 El Secretario del Tribunal vii A mis padres, los verdaderos héroes detrás de este logro académico ix Agradecimientos Deseo expresar mi más sincero agradecimiento al profesor Francisco Javier Pino Lucena por su invaluable orientación y apoyo durante la realización de este estudio. Su conocimiento experto y dedicación han sido esenciales para el desarrollo y éxito de este trabajo. Agradezco profundamente su tiempo, paciencia y sabiduría, que han enriquecido este proyecto de manera significativa. Su guía ha sido crucial en cada etapa de este proceso de investigación. Asimismo, quiero extender mi agradecimiento a todos los profesores que me han acompañado a lo largo de mi carrera. Su enseñanza y apoyo han sido fundamentales en mi formación académica y profesional. A mis compañeros, gracias por su complicidad y colaboración, que han hecho de este viaje una experiencia enriquecedora y memorable. Finalmente, a mis padres, les agradezco profundamente por su apoyo incondicional y por ser un pilar en mi vida. Su amor y guía han sido esenciales para alcanzar mis metas y completar este proyecto. Francisco Javier Cantarero Morales Alumno del Grado de Ingeniería de la Energía Sevilla, 2024 6.1 Análisis económico para la instación sin baterías 63 6.2 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 200Ah 64 6.3 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 350Ah 66 6.4 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 500Ah 67 6.5 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 650Ah. 68 6.6 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 800Ah. 70 6.7 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 950Ah. 71 6.8 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 1100Ah. 72 6.9 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 1250Ah. 74 6.10 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 1400Ah. 75 6.11 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 1550Ah. 76 6.12 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 1700Ah. 78 6.13 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 1850Ah. 79 6.13 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 2000Ah. 80 7. Conclusiones 82 8. Referencias 84 xvii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Características del panel fotovoltaico Sunrise Solar SR-M660260 37 Tabla 2. Características del inversor SMA Solar Technology Sunny Tripower 25000TL 38 Tabla 3. Características de la batería Pylotech US3000C 38 Tabla 4. Características del regulador de carga PC18-8025F 39 Tabla 5. Números de paneles necesarios para diferentes potencias fotovoltaicas instaladas 45 Tabla 6. Demanda energética inicial cubierta con la instalación sin baterías para diferentes potencias fotovoltaicas 46 Tabla 7. Número de celdas necesarias para diferentes capacidades de almacenamiento 47 Tabla 8. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 200Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 48 Tabla 9. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 350Ah para diferentes potencias fotovoltaicas. 49 Tabla 10. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 500Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 50 Tabla 11. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 650Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 51 Tabla 12. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 800Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 52 Tabla 13. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 950Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 53 Tabla 14. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1100Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 54 Tabla 15. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1250Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 55 Tabla 16. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1400Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 56 Tabla 17. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1550Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 57 Tabla 18. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1700Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 58 Tabla 19. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1850Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 59 Tabla 20. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 2000Ah para diferentes potencias fotovoltaicas 60 Tabla 21. Coste de los componentes de la instalación 63 Tabla 22. Flujos caja neto acumulados de la instalación sin baterías en el año 25 63 Tabla 23. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 200Ah en el año 25 65 Tabla 24. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 350Ah en el año 25 66 Tabla 25. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 500Ah en el año 25 67 Tabla 26. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 650Ah en el año 25 69 Tabla 27. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 800Ah en el año 25 70 Tabla 28. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 950Ah en el año 25 71 Tabla 29. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1100Ah en el año 25 73 Tabla 30. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1250Ah en el año 25 74 Tabla 31. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1400Ah en el año 25 75 Tabla 32. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1550Ah en el año 25 77 Tabla 33. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1700Ah en el año 25 78 Tabla 34. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1850Ah en el año 25 79 Tabla 35. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 2000Ah en el año 25 81 xix ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Previsión de la evolución de las reservas de recursos fósiles en billones de toneladas de petróleo equivalente. Fuente: Ecotricity [5] 24 Figura 2. Consumo de combustibles de origen fósil en el sistema energético de los países miembros de la UE en el año 2019. Fuente: Eurostat [7] 25 Figura 3. Consumo Final Total por combustible en el sector industrial, 2019. Fuente: IEA, 2022 [8] 26 Figura 4. Demanda de energía calorífica en el sector industrial. Fuente: Asit solar [10] 28 Figura 5. Esquema de la elaboración de la cerveza [14] 32 Figura 6. Diagrama de flujos de la elaboración de cerveza (Britannica Academic, 2009) [16] 34 Figura 7. Consumos energéticos por actividad. 35 Figura 8. Consumos energéticos horarios de la red eléctrica 35 Figura 9. Esquema de principios de la microrred 39 Figura 10. Type 15-6 41 Figura 11. Type 103b 41 Figura 12. Type 48 41 Figura 13. Type 47a 41 Figura 14. Type Equa 42 Figura 15. Type 9c 42 Figura 16. Type 25c 42 Figura 17. Simulación TRNSYS para obtener la inclinación óptima de los paneles 42 Figura 18. Simulación simplificada en TRNSYS de la instalación 43 Figura 19. Simulación detellada en TRSYS de la instalación 44 Figura 20. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación sin baterías 46 Figura 21. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 200Ah 48 Figura 22. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 350Ah 49 Figura 23. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 500Ah 50 Figura 24. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 650Ah 51 Figura 25. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 800Ah 52 Figura 26. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 950 Ah 53 Figura 27. Tramos horarios para los diferentes periódos 62 Figura 28. Flujos caja neto acumulados de la instalación sin baterías en el año 25. 64 Figura 29. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 200Ah en el año 25 65 Figura 30. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 350Ah en el año 25 66 Figura 31. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 500Ah en el año 25 68 Figura 32. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 650Ah en el año 25 69 Figura 33. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 800Ah en el año 25 70 Figura 34. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 950Ah en el año 25 72 Figura 35. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1100Ah en el año 25 73 Figura 36. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1250Ah en el año 25 74 Figura 37. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1400Ah en el año 25 76 Figura 38. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1550Ah en el año 25 77 Figura 39. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1700Ah en el año 25 78 Figura 40. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1850Ah en el año 25 80 Figura 41. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 2000Ah en el año 25 81 xxi xxi Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Notación OPEP Organización de Países Exportadores de Petróleo. UE Unión Europea. US Estados Unidos. EIA U.S. Energy Information Administration. CC Corriente continua. CA Corriente alterna. FV Fotovoltaica. A Amperio. V Voltio. W Watio. h Hora. Wp Watio pico. ºC Grado Celsius. K Kilo. € Euro. 23 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Agotamientos de los recursos fósiles La actual dependencia de la economía mundial de los combustibles fósiles constituye un tema de preocupación crucial en el panorama energético global. Estos recursos, fundamentales para impulsar nuestras industrias y satisfacer nuestras necesidades energéticas, se encuentran en un estado de agotamiento progresivo debido a un uso incontrolado y una extracción cada vez más difícil. A medida que la demanda mundial de energía continúa creciendo, la presión sobre estos recursos no renovables se intensifica, exacerbando el problema y subrayando la necesidad de un cambio hacia fuentes de energía más sostenibles. El agotamiento de los combustibles fósiles plantea una seria amenaza para la estabilidad económica mundial. Su declive podría desencadenar una crisis de proporciones devastadoras, con repercusiones que se sentirían en todos los sectores de la economía. Desde el encarecimiento de los precios de la energía hasta la interrupción de las cadenas de suministro globales, los efectos de este agotamiento podrían desencadenar una recesión económica de gran magnitud. Además, el aumento de los costos de producción afectaría a la industria manufacturera, la agricultura y el transporte, entre otros sectores vitales. La volatilidad en los precios de los combustibles fósiles también podría conducir a un aumento de la inflación global, afectando negativamente el poder adquisitivo de los consumidores y la estabilidad financiera de los países. En este contexto, es imperativo que adoptemos medidas proactivas para mitigar los impactos negativos del agotamiento de los combustibles fósiles. Esto incluye la promoción de tecnologías energéticas más limpias y sostenibles, así como la implementación de políticas que fomenten la eficiencia energética y la diversificación de nuestras fuentes de energía. La inversión en energías renovables, como la solar, eólica, geotérmica y la biomasa, es crucial para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Además, es necesario fomentar la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan una transición más rápida y efectiva hacia un sistema energético más sostenible. Un enfoque integral y colaborativo entre gobiernos, empresas y la sociedad civil es esencial para abordar este desafío de manera efectiva y asegurar un futuro económico próspero y sostenible para las generaciones venideras. Los gobiernos deben establecer marcos regulatorios y políticas fiscales que incentiven la adopción de energías limpias y la innovación tecnológica. Las empresas, por su parte, deben asumir la responsabilidad de reducir su huella de carbono y adoptar prácticas sostenibles en sus operaciones. La sociedad civil también juega un papel crucial, ya que el cambio en los patrones de consumo y la concienciación pública sobre la importancia “El mundo está lleno de energía y potencia, y con una pequeña parte de esa potencia se puede llegar muy lejos.” Neal Stepenson, Snow Crash (1992) Introducción 24 de la sostenibilidad energética son fundamentales para impulsar el cambio.[1] Un gran ejemplo de los efectos devastadores de la dependencia de los combustibles fósiles es la primera gran crisis de recursos fósiles en la actualidad, la llamada "Crisis del petróleo de 1973". Durante esta crisis, la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP), debido a conflictos geopolíticos, decidió cesar el suministro de petróleo a los países que apoyaban a Israel durante la guerra de Yom Kippur. Las consecuencias de este suceso fueron un aumento de la inflación mundial, estancamiento económico, el estancamiento del desarrollo industrial de los países industrializados y un cambio de pensamiento en el ámbito de las políticas energéticas para disminuir la dependencia de terceros países. La crisis demostró la vulnerabilidad de las economías dependientes del petróleo y subrayó la necesidad urgente de diversificar las fuentes de energía y mejorar la eficiencia energética. Además, el impacto de esta crisis no solo se limitó a la economía. También tuvo repercusiones sociales y políticas significativas. La escasez de petróleo llevó a racionamientos de combustible, largas filas en las gasolineras y un sentimiento general de incertidumbre y desconfianza hacia la estabilidad del suministro energético. Este evento histórico sirvió como un duro recordatorio de la conexión entre los recursos energéticos y la estabilidad geopolítica.[2][3] En cuanto a las proyecciones del agotamiento de los combustibles fósiles, las fechas varían dependiendo de la fuente que se consulte. Según la Millennium Alliance for Humanity and the Biosphere (MAHB), el agotamiento del petróleo se estima para el año 2052, el del gas natural para el 2026, y el carbón, siendo el recurso más duradero, se agotaría alrededor del año 2090. Estas proyecciones subrayan la urgencia de acelerar la transición hacia energías renovables y sostenibles para evitar un colapso energético y sus consecuentes impactos económicos y sociales. Para mitigar los efectos del agotamiento de los combustibles fósiles y garantizar un suministro energético sostenible para el futuro, se deben adoptar varias estrategias. Entre ellas se incluye la mejora de la eficiencia energética en todos los sectores, desde la industria hasta el transporte y los edificios residenciales. Además, es crucial fomentar la innovación y la adopción de tecnologías emergentes que puedan sustituir a los combustibles fósiles, como los vehículos eléctricos, el almacenamiento de energía a gran escala, y la captura y almacenamiento de carbono. [4] La cooperación internacional también es fundamental para enfrentar este desafío global. Los países deben trabajar juntos para compartir conocimientos, tecnologías y mejores prácticas en la gestión y transición energética. Los acuerdos internacionales, como el Acuerdo de París sobre el cambio climático, proporcionan un marco para la colaboración y el compromiso conjunto hacia la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y la promoción de un desarrollo sostenible. Figura 1. Previsión de la evolución de las reservas de recursos fósiles en billones de toneladas de petróleo equivalente. Fuente: Ecotricity [5] 25 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Según los datos proporcionados por la U.S. Energy Information Administration (EIA), el suministro mundial de derivados del petróleo se estima que se agotará en el año 2050 si seguimos el ritmo actual de consumo de combustibles fósiles. Esta estimación, que dice que en aproximadamente 50 años se habrán agotado las reservas de petróleo, nos presenta un claro aviso de que hay que tomar acciones al respecto. Se debe actualizar el sistema energético actual para evitar posibles crisis futuras, debido a la alta dependencia en fuentes de energía fósil. De acuerdo con los datos de la Oficina de Estadística de la Unión Europea (Eurostat) en 2019, los recursos fósiles representaban el 71% de la energía bruta en los países miembros de la Unión Europea. Este hecho subraya la necesidad imperante de avanzar hacia fuentes de energía más sostenibles y renovables, lo cual no solo contribuirá a mitigar los impactos ambientales adversos, sino que también nos permitirá asegurar un suministro energético estable y sostenible a largo plazo.[6] Figura 2. Consumo de combustibles de origen fósil en el sistema energético de los países miembros de la UE en el año 2019. Fuente: Eurostat [7] 1.2 Energía solar en la Industria. Debido al agotamiento progresivo de los recursos fósiles comentado anteriormente y los objetivos de descarbonización de la Unión Europea (UE), que establece como objetivo a corto plazo para el año 2030 la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero al menos en un 55% en comparación con los niveles de 1990, las fuentes de energías renovables se presentan como una solución crucial a estos problemas. La transición hacia energías más limpias no solo es vital para mitigar el cambio climático, sino también para garantizar la seguridad energética y la sostenibilidad económica a largo plazo. El sector industrial es uno de los mayores consumidores de energía eléctrica, la cual en su mayoría proviene de ciclos combinados basados en gas natural y de recursos energéticos derivados del petróleo para llevar a cabo sus procesos. Esta dependencia no solo contribuye significativamente a las emisiones de gases de efecto Descripción de la planta y análisis del consumo eléctrico 32 5. Embotellado de la cerveza para su posterior consumo. Figura 5. Esquema de la elaboración de la cerveza [14] Los procesos específicos que lleva a cabo la microcervecería objeto de estudio son [15]: 1. Molienda. La malta de cebada se tritura utilizando un molino de rodillos que es impulsado por un motor eléctrico. Este proceso no requiere agua ni calor. Su duración varía entre 20 y 30 minutos, dependiendo de la cantidad de grano que se desee moler. 2. Trituración. La malta de cebada previamente triturada se combina con agua a una temperatura de 65 a 75 °C en la cuba de maceración. La mezcla se mantiene a temperatura constante o escalonada durante aproximadamente 70 minutos. Ocasionalmente, se emplea un agitador mecánico para facilitar la liberación de azúcares del grano triturado. 3. Recirculación. Después del periodo de maceración, el mosto dulce es recirculado dentro del macerador mediante una bomba hasta que adquiera una apariencia transparente. Este proceso suele durar entre 10 y 15 minutos. 4. Sparging. Después, se inicia el traslado del mosto a la marmita de ebullición. Este proceso se lleva a cabo en tres etapas utilizando un contenedor auxiliar de 200 litros. Desde la cuba de maceración hasta el recipiente auxiliar, el mosto se transfiere por gravedad para evitar perturbar el filtro natural formado por los granos en la base del macerador. Mientras esto ocurre, se agrega agua caliente, aproximadamente a 78 °C, en la parte superior del recipiente de puré para mantener constante el nivel de líquido. Este procedimiento, conocido como “sparging”, contribuye a extraer los azúcares restantes de los granos. Una vez que el recipiente auxiliar está lleno de mosto dulce, se utiliza una bomba para transferirlo a la caldera de ebullición. 5. Hervor. En esta fase, el mosto dulce se mantiene a una temperatura de ebullición, alrededor de 100°C, durante un periodo que oscila entre 60 y 90 minutos. El propósito principal de esta etapa es esterilizar el líquido y eliminar compuestos volátiles no deseados. Durante la ebullición, se añade el lúpulo, aportando amargor, sabor y aroma al mosto. Al finalizar la ebullición, se genera un vórtice en el 33 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria hervidor mediante bombeo tangencial del mosto recirculado. Este proceso dirige las partículas sólidas hacia el fondo y el centro del hervidor. En el fondo se forma una especie de torta que posteriormente puede ser desechada o utilizada como fertilizante en granjas. El líquido claro resultante se denomina mosto de cerveza y constituye la base para la fermentación y producción final de la cerveza. 6. Enfriamiento. Una vez concluida la ebullición, la temperatura del mosto se encuentra alrededor de los 100 °C, por lo que es necesario enfriarlo para alcanzar la temperatura de fermentación óptima, que oscila entre 18 y 24 °C. Para este propósito, se emplea un intercambiador de calor de placas de dos etapas en serie durante el trasvase del mosto al fermentador. En la primera etapa de este intercambiador de calor, se utiliza agua proveniente de la red principal como fluido refrigerante para iniciar el proceso de enfriamiento del mosto. Posteriormente, en la segunda etapa, se emplea agua previamente enfriada a una temperatura que fluctúa entre -2 y 0 °C como fluido refrigerante adicional para continuar el proceso de enfriamiento y alcanzar la temperatura de fermentación deseada. Este procedimiento de enfriamiento es esencial para preparar el mosto para la fermentación, ya que la temperatura adecuada desempeña un papel crucial en el desarrollo de los perfiles de sabor y en la actividad de las levaduras durante el proceso fermentativo. 7. Fermentación: Una vez que el mosto ha sido transferido al fermentador y alcanza la temperatura óptima para la fermentación, que suele situarse entre 18 y 24 °C, se añade levadura para iniciar este proceso crucial. La duración de la fermentación puede variar entre 5 y 8 días, dependiendo de varios factores, incluida la atenuación de las levaduras utilizadas. La cervecera cuenta con dos líneas de producción, cada una equipada con dos fermentadores. Estos fermentadores están diseñados con un recubrimiento exterior a través de la cual circula agua fría para controlar con precisión la temperatura del mosto durante la fermentación. Además, para mejorar la eficiencia del control térmico, los fermentadores están aislados con espuma de poliuretano. Una vez completado el período de fermentación, el líquido resultante se conoce como cerveza verde. En este punto, ya ha desarrollado un contenido alcohólico y está listo para pasar a la siguiente etapa del proceso de elaboración de la cerveza. 8. Maduración: En cada línea de fermentación, el segundo fermentador se destina a la etapa de maduración. La cerveza se transfiere del primer fermentador al segundo mediante la aplicación de dióxido de carbono, con el fin de evitar la oxidación y la contaminación. La maduración mejora ciertos sabores de la cerveza. Esta etapa tiene una duración aproximada de 48 horas, durante las cuales la temperatura de la cerveza se reduce gradualmente a 2 - 4 °C antes del embotellado. 9. Empaquetado. La cervecería envasa su cerveza en botellas de 330 ml y barriles desechables de 20 y 30 litros. Para las botellas, se utiliza una máquina de llenado manual que funciona por gravedad; la cerveza se transfiere desde el segundo fermentador a la máquina de llenado mediante CO2. Los barriles se llenan directamente desde el segundo fermentador utilizando CO2. 10. Acondicionamiento. Tanto las botellas como los barriles son carbonatados de forma natural. Esto significa que se agrega azúcar fermentable a la cerveza antes de ser envasada. Se lleva a cabo una segunda etapa de fermentación dentro de las botellas y barriles, lo que produce CO2 y carbonata la cerveza, además de protegerla contra la oxidación. Esta etapa puede durar de 2 a 3 semanas. Los recipientes se mantienen en una sala de acondicionamiento a una temperatura entre 19 y 21 °C. 11. Distribución. Una vez completada la fase de acondicionamiento, la cerveza está lista para ser entregada y consumida. Descripción de la planta y análisis del consumo eléctrico 34 Figura 6. Diagrama de flujos de la elaboración de cerveza (Britannica Academic, 2009) [16] 2.2 Consumos previos de la instalación En cuanto al consumo de energía, se ha evaluado el impacto de cada dispositivo basándose en los datos recopilados en 2020 y en las facturas de electricidad del año 2019. El análisis reveló que el mayor consumo energético corresponde a la generación de calor mediante resistencias eléctricas, lo cual representa una parte sustancial de la energía consumida. Este hallazgo destaca la importancia de los dispositivos de calefacción eléctrica como los principales consumidores de energía. A continuación, el consumo asociado al acondicionamiento del ambiente, que incluye sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), también es significativo en términos de demanda energética. Estos sistemas, cruciales para mantener el confort térmico en los espacios, representan el segundo mayor consumo de energía. Posteriormente, el consumo relacionado con el enfriamiento del agua, aunque es importante, suele ser menor en comparación con los dos primeros consumos. Este tipo de consumo incluye dispositivos como enfriadores de agua y sistemas de refrigeración que, aunque esenciales, demandan menos energía que los sistemas de calefacción y climatización. Finalmente, se encuentran las bombas y otros dispositivos de menor tamaño cuyo consumo individualizado no ha sido posible determinar con precisión. Estos dispositivos, aunque contribuyen al consumo total de energía, representan una fracción más pequeña en comparación con las principales fuentes de consumo identificadas. A pesar de su menor impacto individual, el conjunto de estos dispositivos menores puede sumar una cantidad significativa de energía consumida. 35 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria En resumen, el análisis del consumo de energía muestra que la generación de calor mediante resistencias eléctricas y el acondicionamiento del ambiente son las principales fuentes de demanda energética. El enfriamiento del agua y el uso de bombas y otros dispositivos menores también contribuyen al consumo total, aunque en menor medida. Esto destaca la importancia de centrarse en la eficiencia energética de los sistemas de calefacción y climatización para reducir el consumo total de energía. Figura 7. Consumos energéticos por actividad. Figura 8. Consumos energéticos horarios de la red eléctrica Climatización_Frío 2063 KWh 4% Climatización_Calor 2315 KWh 5% Chiller_frío 8765 KWh 19% Bombas 626 KWh 1% Resistencias eléctricas 33987.94KWh 71% 0.00 2.50 5.00 7.50 10.00 12.50 15.00 17.50 20.00 22.50 25.00 27.50 1 326 651 976 1301 1626 1951 2276 2601 2926 3251 3576 3901 4226 4551 4876 5201 5526 5851 6176 6501 6826 7151 7476 7801 8126 8451 Energía eléctrica (KWh) Horas (h) Consumos energéticos horarios Descripción de la planta y análisis del consumo eléctrico 36 37 3. DISEÑO DE LA MICRORRED Una microrred se define como un sistema de producción energética que opera a escala local e integra una variedad de fuentes de energía para la generación y distribución de electricidad. Esta infraestructura ofrece la capacidad de operar de manera independiente y autosuficiente, lo que garantiza la continuidad operativa incluso en situaciones de fallos en la red eléctrica convencional. Además de proporcionar una fuente de energía alternativa en caso de emergencia, las microrredes tienen el potencial de funcionar como un suplemento a la demanda eléctrica general, lo que les permite cubrir picos de consumo y, en algunos casos, incluso reemplazar por completo la energía adquirida de la red convencional. [17] Uno de los principales beneficios de las microrredes es su capacidad para optimizar el aprovechamiento de los recursos energéticos locales. Esto incluye la utilización de energías renovables como la solar, eólica o de biomasa, lo que conlleva una disminución significativa de la dependencia de los combustibles fósiles y una mayor seguridad en el abastecimiento energético. En el contexto industrial, las microrredes presentan oportunidades significativas para mejorar la eficiencia operativa y reducir los costos energéticos, especialmente en sectores de alto consumo energético, como la industria cervecera. Para este estudio específico, se contempla la implementación de una microrred que estará compuesta principalmente por una serie de paneles fotovoltaicos. Estos paneles aprovecharán la energía solar disponible para generar electricidad de manera sostenible y renovable. Además de los paneles solares, se incorporará un banco de baterías diseñado para almacenar el excedente de energía que no sea consumida por la instalación en tiempo real. Esta capacidad de almacenamiento permitirá aprovechar eficazmente la energía generada durante el día, garantizando así un suministro continuo y confiable de energía, incluso durante la noche o en condiciones climáticas adversas. En resumen, el objetivo principal de esta iniciativa es maximizar la eficiencia energética y reducir la dependencia de fuentes de energía no renovables en el contexto específico de la instalación en cuestión, contribuyendo así a la sostenibilidad y la resiliencia energética. La microrred estará equipada con paneles fotovoltaicos del fabricante Sunrise Solar, específicamente el modelo SR-M660260. Estos paneles poseen características tales como [18]: Tabla 1. Características del panel fotovoltaico Sunrise Solar SR-M660260 Módulo fotovoltaico Sunrise Solar SR-M660260 Potencia máxima 260 Wp Tensión de circuito abierto (Uca) 37.4 V Corriente de cortocircuito (Icc) 9.24 A Tensión en el punto de máxima potencia (Upmp) 30.4 V Intensidad en el punto de máxima potencia (Ipmp) 8.56 A Eficiencia del módulo 15.7 % Coeficiente de temperatura de Icc 0.05 % /ºC Coecifiente de temperatura de Uca -0.35 % /ºC Temperatura nominal de operación de la célula (TONC) 45±2 ºC Dado que los paneles fotovoltaicos generan energía en forma de corriente continua (CC), es esencial incorporar un inversor para convertir esta corriente en alterna (CA). Este dispositivo garantiza una conversión eficiente, asegurando que la electricidad producida por los paneles solares sea compatible con la infraestructura existente, ya que los componentes de la instalación cervecera funcionan con corriente alterna. La inclusión de un inversor es crucial en los sistemas de energía solar fotovoltaica para facilitar la integración eficaz de la energía solar Diseño de la microrred 38 generada en los sistemas eléctricos preexistentes. El inversor seleccionado para la microrred en cuestión es el modelo Sunny Tripower 25000TL del fabricante Fronius, el cual presenta las siguientes especificaciones [19]: Tabla 2. Características del inversor SMA Solar Technology Sunny Tripower 25000TL Voltronic Axpert Max 8000 Potencia máxima de entrada 45000 W Potencia máxima de salida 25000 W Rendimiento máximo del inversor 98.3 % Rendimiento europeo 98.1 % Tensión máxima de entrada 1000 V Corriente máxima de entrada 33 A Entradas de máxima potencia 2 -- En situaciones en las que la producción de energía solar excede la demanda industrial, surge la necesidad de implementar un sistema de almacenamiento energético que permita aprovechar al máximo este excedente y garantizar un suministro energético constante y fiable. Aquí es donde entra en juego el banco de baterías. Estas baterías desempeñan un papel crucial al actuar como depósitos de energía durante los períodos de abundancia de generación solar, almacenando el excedente para su uso posterior cuando la producción solar no sea suficiente para satisfacer todas las necesidades energéticas de la industria. El uso estratégico de estas baterías proporciona una solución eficiente para gestionar los picos de generación solar, además de ofrecer una serie de beneficios adicionales. No solo ayudan a estabilizar el suministro de energía, sino que también permiten a la industria optimizar su consumo energético al liberar la energía almacenada en momentos de mayor demanda o cuando la producción solar es insuficiente. Para la instalación en estudio, se ha seleccionado una batería de 48V fabricada por Pylontech, específicamente el modelo US3000C, que presenta las siguientes características [20]: Tabla 3. Características de la batería Pylotech US3000C Batería Pylontech US3000C Tensión nominal 48 V Capacidad nominal 3552 W·h Tensión de descarga 44.5 ~ 53.5 V Tensión de carga 52.5~53.5 V La instalación incluirá un regulador de carga, un componente electrónico crucial para controlar el flujo de energía hacia y desde la batería. Su función principal es garantizar un llenado óptimo de las baterías y prolongar su vida útil al máximo. Es esencial que el regulador de carga tenga la misma tensión nominal que la batería para garantizar una operación eficaz y segura. Dado que la batería seleccionada opera a una tensión nominal de 48 voltios, el regulador de carga debe estar ajustado a esta misma especificación. Este componente desempeña un papel fundamental en la gestión de la carga de la batería, evitando sobrecargas y descargas excesivas que podrían dañarla. Al asegurar un flujo de energía controlado y adecuado, el regulador de carga contribuye a optimizar el rendimiento y la durabilidad del sistema de almacenamiento energético en la instalación. Una vez conocida esta información el regulador de carga seleccionado en el mercado es el PC18-8025F del 39 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria fabricante Must que cuenta con las siguientes características tal y como se detallan en su ficha técnica [21]: Tabla 4. Características del regulador de carga PC18-8025F Regulador de carga PC18-8025F Tensión nominal 48 V Máxima tensión del campo solar 245 V Tipo Interior ---- Rango de temperaturas -10~55℃ ºC El esquema de principios de la microrred quedaría de la siguiente manera: Figura 9. Esquema de principios de la microrred 40 4. SIMULACIÓN DE LA INSTALACIÓN Para el estudio de la instalación se realizará una simulación de esta usando la herramienta TRNSYS Studio versión 18 y con el apoyo de Excel para la realización de operaciones. Como se específica en el manual de usuario de TRNSYS: “TRNSYS es un entorno de software extremadamente flexible basado en gráficos utilizado para simular el comportamiento de sistemas transitorios. Si bien la gran mayoría de las simulaciones se centran en evaluar el rendimiento de sistemas de energía térmica y eléctrica, TRNSYS también puede utilizarse igualmente para modelar otros sistemas dinámicos como el flujo de tráfico o procesos biológicos. TRNSYS se compone de dos partes. La primera es un motor (llamado el kernel) que lee y procesa el archivo de entrada, resuelve iterativamente el sistema, determina la convergencia y grafica las variables del sistema. El kernel también proporciona utilidades que, entre otras cosas, determinan propiedades termofísicas, invierten matrices, realizan regresiones lineales e interpolan archivos de datos externos. La segunda parte de TRNSYS es una extensa biblioteca de componentes, cada uno de los cuales modela el rendimiento de una parte del sistema. La biblioteca estándar incluye aproximadamente 150 modelos que van desde bombas hasta edificios multizona, turbinas eólicas hasta electrolizadores, procesadores de datos climáticos hasta rutinas económicas, y equipos básicos de HVAC hasta tecnologías emergentes de vanguardia. Los modelos están construidos de tal manera que los usuarios pueden modificar componentes existentes o escribir los suyos propios, ampliando así las capacidades del entorno. Después de 35 años de disponibilidad comercial, TRNSYS sigue siendo un paquete de software flexible y basado en componentes que satisface las necesidades cambiantes tanto de investigadores como de profesionales en la comunidad de simulación energética” [22] 4.1 Types a utilizar En el software TRNSYS, la simulación se configura mediante una serie de componentes denominados "Type", que se conectan entre sí para facilitar el intercambio de datos e información. Este enfoque modular permite construir un sistema completo para el estudio energético. Cada "Type" representa un componente específico del sistema y requiere una especificación detallada de parámetros y entradas ("Inputs") que varían según las características particulares del componente y del equipo que se está modelando. Estos parámetros y entradas deben ser definidos por el usuario en función de las necesidades específicas del sistema en estudio. Una vez definidos los parámetros y entradas para cada componente, se procede a crear un diagrama de flujo. Este diagrama de flujo representa la interconexión entre los diferentes "Types" y muestra cómo fluyen los datos a través del sistema. La visualización proporcionada por el diagrama de flujo es esencial, ya que permite entender claramente cómo interactúan los componentes y cómo se lleva a cabo el proceso de simulación en su conjunto. Además de definir los parámetros y entradas de los componentes, es crucial establecer los detalles de la simulación. Esto incluye especificar el momento de inicio y finalización de la simulación, así como los intervalos de tiempo en los que se llevará a cabo. Estos ajustes permiten controlar la duración y la precisión de la simulación, asegurando que los resultados obtenidos sean relevantes y precisos para el análisis energético del sistema en cuestión. La configuración de una simulación en TRNSYS implica la selección y conexión de componentes "Type", la definición detallada de sus parámetros y entradas, la creación de un diagrama de flujo que visualice las interacciones y el flujo de datos entre los componentes, y el establecimiento de los detalles temporales de la simulación. Este proceso integral permite obtener resultados precisos y útiles para el análisis energético de sistemas complejos. 41 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Los “Types” necesarios para la simulación son los siguientes: • Type 15-6: Este fichero se utiliza para introducir los datos meteorológicos, los cuales son proporcionados a partir de un archivo externo. Gracias a este fichero, podemos obtener información esencial sobre las condiciones ambientales, como la temperatura, la radiación solar y otros parámetros climáticos. Estos datos son fundamentales para realizar simulaciones precisas y detalladas, permitiendo un análisis completo de las variaciones meteorológicas y su impacto en el sistema en estudio. Figura 10. Type 15-6 • Type 103b: Este fichero modela un campo fotovoltaico, permitiendo detallar las características específicas de los paneles utilizados, así como el tipo de conexión entre ellos. Además, proporciona datos de salida esenciales como la potencia generada, las tensiones, las intensidades y otros parámetros eléctricos clave. Esta información es crucial para evaluar el rendimiento y la eficiencia del sistema fotovoltaico en diversas condiciones operativas. Figura 11. Type 103b • Type 48: En este fichero se modela el inversor y el regulador de carga, permitiendo incluir todos sus parámetros específicos, esto es necesario para simular con precisión el comportamiento del sistema y asegurar que el inversor y el regulador de carga funcionen de manera óptima en diversas condiciones operativas. • Figura 12. Type 48 • Type 47a: En este fichero se modela la batería, detallando aspectos cruciales como su capacidad, el número de celdas en serie y en paralelo, así como las intensidades y tensiones. Figura 13. Type 47a • Type Equa: Con este fichero, podemos introducir operaciones lógicas y matemáticas para derivar ciertos Análisis de sensibilidad 48 Tabla 8. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 200Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.65% 8 28.05% 12 31.83% 16 34.20% 20 36.14% 24 37.97% 28 39.44% 32 40.91% 36 41.96% Figura 21. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 200Ah 5.2.2 Simulación con almacenamiento de 350Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 350Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 22), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 47% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% 45.00% 50.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables 49 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Tabla 9. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 350Ah para diferentes potencias fotovoltaicas. Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.77% 8 31.27% 12 36.31% 16 39.07% 20 41.20% 24 43.10% 28 44.61% 32 46.10% 36 47.16% Figura 22. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 350Ah 5.2.3 Simulación con almacenamiento de 500Ah. La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 500Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 23), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 52% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% 45.00% 50.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables Análisis de sensibilidad 50 Tabla 10. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 500Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.78% 8 33.23% 12 40.22% 16 43.44% 20 45.74% 24 47.79% 28 49.34% 32 50.83% 36 51.87% Figura 23. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 500Ah 5.2.4 Simulación con almacenamiento de 650Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 650Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 24), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 55% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables 51 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Tabla 11. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 650Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.78% 8 34.11% 12 43.18% 16 46.69% 20 49.20% 24 51.33% 28 52.93% 32 54.43% 36 55.46% Figura 24. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 650Ah 5.2.5 Simulación con almacenamiento de 800Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 950Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 25), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 58% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables Análisis de sensibilidad 52 Tabla 12. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 800Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.78% 8 34.45% 12 45.29% 16 49.20% 20 51.86% 24 54.09% 28 55.75% 32 57.31% 36 58.37% Figura 25. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 800Ah 5.2.6 Simulación con almacenamiento de 950Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 950Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 26), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 61% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables 53 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Tabla 13. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 950Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.78% 8 34.56% 12 46.95% 16 51.41% 20 54.21% 24 56.52% 28 58.22% 32 59.84% 36 60.92% Figura 26. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 950 Ah 5.2.7 Simulación con almacenamiento de 1100Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 1100Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 27), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 63% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables Análisis de sensibilidad 54 Tabla 14. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1100Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.78% 8 34.60% 12 48.29% 16 53.46% 20 56.42% 24 58.79% 28 60.50% 32 62.18% 36 63.30% Figura 27. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 1100 Ah 5.2.8 Simulación con almacenamiento de 1250Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 1250Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 28), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 65% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables 55 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Tabla 15. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1250Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.78% 8 34.63% 12 49.33% 16 55.36% 20 58.52% 24 60.98% 28 62.71% 32 64.44% 36 65.60% Figura 28. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 1250 Ah 5.2.9 Simulación con almacenamiento de 1400Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 1400Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 29), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 67% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables Análisis de sensibilidad 56 Tabla 16. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1400Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.78% 8 34.64% 12 50.12% 16 57.17% 20 60.58% 24 63.16% 28 64.93% 32 66.68% 36 67.88% Figura 29. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 1400 Ah 5.2.10 Simulación con almacenamiento de 1550Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 1550Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 30), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 70% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables 57 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Tabla 17. Demanda energética inicial cubierta con la instalación con almacenamiento de 1550Ah para diferentes potencias fotovoltaicas Potencia instalada (KW) % Demanda cubierta 4 17.78% 8 34.64% 12 50.77% 16 58.82% 20 62.56% 24 65.31% 28 67.15% 32 68.89% 36 70.13% Figura 30. % De la demanda inicial cubierta con energías renovables instalación con almacenamiento 1550 Ah 5.2.11 Simulación con almacenamiento de 1700Ah La integración de sistemas de energía solar fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de 1700Ah puede cubrir una proporción considerable de la demanda energética inicial de una instalación. Según los cálculos realizados, que se presentarán en la gráfica adjunta (Figura 31), esta configuración es capaz de satisfacer aproximadamente entre el 17% y el 72% de la demanda energética inicial, dependiendo de la potencia instalada en el campo fotovoltaico. En la siguiente gráfica se ilustra el porcentaje de la demanda cubierta para cada potencia fotovoltaica estudiada, observándose que los diferentes niveles de potencia fotovoltaica influyen en la cobertura de la demanda energética, permitiendo una visualización detallada del impacto de la instalación fotovoltaica en la satisfacción de las necesidades energéticas de la instalación. 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 4 8 12 16 20 24 28 32 36 % de la demanda cubierto con enrgías renovables Potencia fotovoltaica instalada (KW) % Demanda cubierta con energías renovables Análisis económico 64 Figura 28. Flujos caja neto acumulados de la instalación sin baterías en el año 25. En el caso de instalaciones fotovoltaicas sin batería, se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 16 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. La falta de baterías implica que cualquier excedente de energía generado se pierda, ya que no se puede almacenar ni vender. Esto limita el beneficio financiero adicional que podría obtenerse con una instalación más grande. Por lo tanto, aunque una mayor potencia instalada podría parecer una estrategia para aumentar la producción de energía renovable, en realidad, sin la capacidad de almacenamiento y venta de excedentes, los beneficios económicos adicionales pueden ser mínimos. Respecto al caso con venta de excendete se observa un crecimiento continuo de los flujos de caja a mayor potencia fotovoltaica instalada. Esto se debe a que al no haber baterías todo el excedente que se produce es vendido y a una mayor capacidad fotovoltaica instalada, mayor será el excedente de energía producido. En el caso de instalaciones fotovoltaicas con venta de excedentes, se observa un crecimiento continuo de los flujos de caja a medida que aumenta la potencia instalada. Esto se debe a que, al no disponer de baterías, todo el excedente de energía generado se puede vender. Con una mayor capacidad fotovoltaica instalada, se genera más excedente de energía, lo cual se traduce directamente en mayores ingresos por la venta de esa energía adicional. Este fenómeno se explica por el hecho de que, a pesar del incremento en los costos de inversión asociados con una mayor instalación fotovoltaica, los ingresos generados por la venta del excedente compensan estos costos adicionales. Por lo tanto, a diferencia del caso sin venta de excedentes donde los flujos de caja aumentan mínimamente, en el escenario con venta de excedentes, los flujos de caja muestran un crecimiento más significativo conforme se incrementa la capacidad instalada. 6.2 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 200Ah Una vez completadas las simulaciones descritas en el apartado anterior, se dispondrá de todos los datos necesarios desde el punto de vista energético. Con estos datos y la tarifa energética, se puede convertir la información energética en valores económicos. Este proceso permite determinar el coste y el ahorro asociados a la instalación. Una vez realizada esta conversión de unidades energéticas a unidades monetarias, se pueden calcular los flujos de caja netos de la instalación. Estos flujos de caja netos son fundamentales para evaluar la viabilidad económica del proyecto, ya que reflejan los ingresos y los gastos netos a lo largo del tiempo, considerando los costos de 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta 65 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria inversión, operación y mantenimiento, así como los ahorros y los posibles ingresos generados por la instalación. Los flujos de caja acumulados en el año 25 para las diferentes potencias fotovoltaicas instaladas en la instalación con sistema de almacenamiento de 200Ah son: Tabla 23. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 200Ah en el año 25 Potencia FV (KW) FCN con venta (€) FCN sin venta (€) 4 11468.05 11380.41 8 60864.62 46669.11 12 90114.93 55420.54 16 113684.34 59625.96 20 134831.98 62402.02 24 156750.50 64537.17 28 178274.35 65960.62 32 205358.54 66622.21 36 228390.74 66358.99 Figura 29. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 200Ah en el año 25 Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 16 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante incluso a partir de los 36 KW comienzan a disminuir, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta Análisis económico 66 6.3 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 350Ah Una vez completadas las simulaciones descritas en el apartado anterior, se dispondrá de todos los datos necesarios desde el punto de vista energético. Con estos datos y la tarifa energética, se puede convertir la información energética en valores económicos. Este proceso permite determinar el coste y el ahorro asociados a la instalación. Una vez realizada esta conversión de unidades energéticas a unidades monetarias, se pueden calcular los flujos de caja netos de la instalación. Estos flujos de caja netos son fundamentales para evaluar la viabilidad económica del proyecto, ya que reflejan los ingresos y los gastos netos a lo largo del tiempo, considerando los costos de inversión, operación y mantenimiento, así como los ahorros y los posibles ingresos generados por la instalación. Los flujos de caja acumulados en el año 25 para las diferentes potencias fotovoltaicas instaladas en la instalación con sistema de almacenamiento de 350Ah son: Tabla 24. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 350Ah en el año 25 Potencia FV (KW) FCN con venta (€) FCN sin venta (€) 4 6706.16 6703.58 8 58160.54 55046.69 12 90577.19 68082.45 16 116647.58 73624.65 20 141042.41 77024.88 24 164945.30 79410.89 28 185924.77 80953.23 32 211629.09 81675.69 36 234226.54 81453.91 Figura 30. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 350Ah en el año 25 Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 16 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante incluso a partir de los 36 KW comienzan a disminuir, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta 67 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. 6.4 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 500Ah Una vez completadas las simulaciones descritas en el apartado anterior, se dispondrá de todos los datos necesarios desde el punto de vista energético. Con estos datos y la tarifa energética, se puede convertir la información energética en valores económicos. Este proceso permite determinar el coste y el ahorro asociados a la instalación. Una vez realizada esta conversión de unidades energéticas a unidades monetarias, se pueden calcular los flujos de caja netos de la instalación. Estos flujos de caja netos son fundamentales para evaluar la viabilidad económica del proyecto, ya que reflejan los ingresos y los gastos netos a lo largo del tiempo, considerando los costos de inversión, operación y mantenimiento, así como los ahorros y los posibles ingresos generados por la instalación. Los flujos de caja acumulados en el año 25 para las diferentes potencias fotovoltaicas instaladas en la instalación con sistema de almacenamiento de 500Ah son: Tabla 25. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 500Ah en el año 25 Potencia FV (KW) FCN con venta (€) FCN sin venta (€) 4 1630.82 1630.82 8 60387.07 59154.45 12 90943.33 78809.92 16 117260.72 85930.58 20 141922.59 89909.57 24 167307.69 92786.23 28 189814.76 94465.25 32 215810.11 95195.41 36 237588.49 94906.69 Análisis económico 68 Figura 31. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 500Ah en el año 25 Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 16 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante incluso a partir de los 36 KW comienzan a disminuir, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. 6.5 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 650Ah. Una vez completadas las simulaciones descritas en el apartado anterior, se dispondrá de todos los datos necesarios desde el punto de vista energético. Con estos datos y la tarifa energética, se puede convertir la información energética en valores económicos. Este proceso permite determinar el coste y el ahorro asociados a la instalación. Una vez realizada esta conversión de unidades energéticas a unidades monetarias, se pueden calcular los flujos de caja netos de la instalación. Estos flujos de caja netos son fundamentales para evaluar la viabilidad económica del proyecto, ya que reflejan los ingresos y los gastos netos a lo largo del tiempo, considerando los costos de inversión, operación y mantenimiento, así como los ahorros y los posibles ingresos generados por la instalación. Los flujos de caja acumulados en el año 25 para las diferentes potencias fotovoltaicas instaladas en la instalación con sistema de almacenamiento de 650Ah son: 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta 69 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Tabla 26. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 650Ah en el año 25 Potencia FV (KW) FCN con venta (€) FCN sin venta (€) 4 -3448.58 -3448.58 8 60079.51 59617.72 12 95166.19 86304.18 16 117645.97 94407.59 20 140726.42 99125.81 24 166562.72 102248.92 28 188552.41 104117.12 32 214619.16 104896.49 36 236524.83 104558.35 Figura 32. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 650Ah en el año 25 Se puede observar que por debajo de los 8KW los flujos de caja son negativos. Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 16 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante incluso a partir de los 36 KW comienzan a disminuir, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco incluso llegando a ser negativas por debajo de los 8KW. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. -50000.00 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta Análisis económico 70 6.6 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 800Ah. Una vez completadas las simulaciones descritas en el apartado anterior, se dispondrá de todos los datos necesarios desde el punto de vista energético. Con estos datos y la tarifa energética, se puede convertir la información energética en valores económicos. Este proceso permite determinar el coste y el ahorro asociados a la instalación. Una vez realizada esta conversión de unidades energéticas a unidades monetarias, se pueden calcular los flujos de caja netos de la instalación. Estos flujos de caja netos son fundamentales para evaluar la viabilidad económica del proyecto, ya que reflejan los ingresos y los gastos netos a lo largo del tiempo, considerando los costos de inversión, operación y mantenimiento, así como los ahorros y los posibles ingresos generados por la instalación. Los flujos de caja acumulados en el año 25 para las diferentes potencias fotovoltaicas instaladas en la instalación con sistema de almacenamiento de 800Ah son: Tabla 27. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 800Ah en el año 25 Potencia FV (KW) FCN con venta (€) FCN sin venta (€) 4 -8527.98 -8527.98 8 58360.90 58209.31 12 97970.19 90933.75 16 120897.32 100394.65 20 141137.87 105590.24 24 164556.76 109097.37 28 186291.26 111161.08 32 211714.91 112139.08 36 224324.31 103193.27 Figura 33. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 800Ah en el año 25 Se puede observar que por debajo de los 8KW los flujos de caja son negativos. Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 20 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante incluso a partir de los 36 KW comienzan a disminuir, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de -50000.00 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta 71 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco incluso llegando a ser negativas por debajo de los 8KW. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. 6.7 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 950Ah. Una vez completadas las simulaciones descritas en el apartado anterior, se dispondrá de todos los datos necesarios desde el punto de vista energético. Con estos datos y la tarifa energética, se puede convertir la información energética en valores económicos. Este proceso permite determinar el coste y el ahorro asociados a la instalación. Una vez realizada esta conversión de unidades energéticas a unidades monetarias, se pueden calcular los flujos de caja netos de la instalación. Estos flujos de caja netos son fundamentales para evaluar la viabilidad económica del proyecto, ya que reflejan los ingresos y los gastos netos a lo largo del tiempo, considerando los costos de inversión, operación y mantenimiento, así como los ahorros y los posibles ingresos generados por la instalación. Los flujos de caja acumulados en el año 25 para las diferentes potencias fotovoltaicas instaladas en la instalación con sistema de almacenamiento de 950Ah son: Tabla 28. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 950Ah en el año 25 Potencia FV (KW) FCN con venta (€) FCN sin venta (€) 4 -13607.38 -13607.38 8 56103.05 56046.68 12 99431.33 94043.74 16 123268.83 105340.94 20 142992.87 111036.20 24 165049.59 114818.32 28 184293.70 117016.94 32 208885.56 118159.53 36 229708.87 118002.62 Análisis económico 72 Figura 34. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 950Ah en el año 25 Se puede observar que por debajo de los 8KW los flujos de caja son negativos. Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 20 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante incluso a partir de los 36 KW comienzan a disminuir, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco incluso llegando a ser negativas por debajo de los 8KW. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. 6.8 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 1100Ah. Una vez completadas las simulaciones descritas en el apartado anterior, se dispondrá de todos los datos necesarios desde el punto de vista energético. Con estos datos y la tarifa energética, se puede convertir la información energética en valores económicos. Este proceso permite determinar el coste y el ahorro asociados a la instalación. Una vez realizada esta conversión de unidades energéticas a unidades monetarias, se pueden calcular los flujos de caja netos de la instalación. Estos flujos de caja netos son fundamentales para evaluar la viabilidad económica del proyecto, ya que reflejan los ingresos y los gastos netos a lo largo del tiempo, considerando los costos de inversión, operación y mantenimiento, así como los ahorros y los posibles ingresos generados por la instalación. Los flujos de caja acumulados en el año 25 para las diferentes potencias fotovoltaicas instaladas en la instalación con sistema de almacenamiento de 1100Ah son: -50000.00 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta 73 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Tabla 29. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1100Ah en el año 25 Potencia FV (KW) FCN con venta (€) FCN sin venta (€) 4 -18686.78 -18686.78 8 53680.68 53657.90 12 100191.55 96058.77 16 125828.36 109779.19 20 145989.30 116014.46 24 167043.67 119972.81 28 184591.99 122193.13 32 207308.43 123581.28 36 227162.10 123562.21 Figura 35. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1100Ah en el año 25 Se puede observar que por debajo de los 8KW los flujos de caja son negativos. Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 20 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante incluso a partir de los 36 KW comienzan a disminuir, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco incluso llegando a ser negativas por debajo de los 8KW. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. -50000.00 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta Análisis económico 80 Figura 40. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 1850Ah en el año 25 Se puede observar que por debajo de los 8KW los flujos de caja son negativos. Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 28 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco incluso llegando a ser negativas por debajo de los 8KW. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. 6.13 Análisis económico para instalación con almacenamiento de 2000Ah. Una vez completadas las simulaciones descritas en el apartado anterior, se dispondrá de todos los datos necesarios desde el punto de vista energético. Con estos datos y la tarifa energética, se puede convertir la información energética en valores económicos. Este proceso permite determinar el coste y el ahorro asociados a la instalación. Una vez realizada esta conversión de unidades energéticas a unidades monetarias, se pueden calcular los flujos de caja netos de la instalación. Estos flujos de caja netos son fundamentales para evaluar la viabilidad económica del proyecto, ya que reflejan los ingresos y los gastos netos a lo largo del tiempo, considerando los costos de inversión, operación y mantenimiento, así como los ahorros y los posibles ingresos generados por la instalación. Los flujos de caja acumulados en el año 25 para las diferentes potencias fotovoltaicas instaladas en la instalación con sistema de almacenamiento de 2000Ah son: -100000.00 -50000.00 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta 81 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria Tabla 35. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 2000Ah en el año 25 Potencia FV (KW) FCN con venta (€) FCN sin venta (€) 4 -49163.18 -49163.18 8 38542.17 38542.17 12 93819.47 93288.45 16 133016.55 126495.06 20 158678.73 140514.25 24 181720.28 147974.27 28 199148.82 151483.56 32 219589.58 153540.76 36 236156.68 154052.60 Figura 41. Flujos caja neto acumulados de la instalación con almacenamiento de 2000Ah en el año 25 Se puede observar que por debajo de los 8KW los flujos de caja son negativos. Se puede observar que cuando la potencia instalada supera los 28 kW, los flujos de caja aumentan de manera insignificante, si no se realiza la venta de excedentes de energía. Esto se debe principalmente al alto costo asociado con la expansión del campo fotovoltaico. A medida que se aumenta la capacidad instalada, los gastos de inversión también se incrementan significativamente. Cuando se utilizan baterías con una capacidad limitada en instalaciones fotovoltaicas, se llega al punto de máxima carga donde ya no pueden almacenar más energía. En esta situación, cualquier excedente de energía generado después de que las baterías estén completamente cargadas se perdería, ya que no hay manera de almacenarlo para un uso posterior. En el caso de venta de excedente se puede observar que con potencias intaladas en el campo fotovoltaico bajas los flujos de caja aumentan poco incluso llegando a ser negativas por debajo de los 8KW. Esto se debe a que a potencias fotovoltaicas bajas se genera poca cantidad de energía donde la mayoría de la energía va destinada a cubrir la demanda y a las baterías. Una vez que aumenta la potencia fotovoltaica instalada si se percibe mayores aumentos de flujos de caja. Esto se debe a que al aumentar el campo fotovoltaico aumenta la producción de energía lo cual provoca que se llegue a la capacidad máxima de las baterías lo que lleva a que todos los excedentes a no poder ser almacenados al estar las baterías llenas sean vendidos. -100000.00 -50000.00 0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 300000.00 4 8 12 16 20 24 28 32 36 FCN (€) Potencia FV intalada (KW) FCN en el año 25 FCN con venta FCN sin venta 82 7. CONCLUSIONES Tras el estudio tecnoeconómico llevado a cabo en este trabajo podemos concluir que los resultados son positivos. Se llevó a cabo la simulación de un sistema fotovoltaico con un sistema de almacenamiento en baterías para una microcervecería para conocer los beneficios que podría tenerse al acoplar un sistema fotovoltaico a los consumos con la posibilidad de venta de los excedentes de energía a la red teniendo en cuenta las diferentes tarifas para los diferentes periodos horarios. El estudio se hizo para la ubicación de Sevilla y se ha hecho un análisis de 25 años. Tras este análisis de 25 años en los que se estudiaron potencias fotovoltaicas instalandas entre 4KW a 36 KW con intervalos de 4KW y con diferentes capacidades de almacenamiento siendo esta desde el estudio sin batería a una capacidad de 2000Ah con intervalos de 150Ah. Se puede observar, evaluando los flujos de caja acumulado, que el punto óptimo ensayado para el caso de venta de excedente sería con una potencia fotovoltaica instalada de 36 KW con un almacenamiento de 500Ah donde el flujo de caja acumulado en el año 25 es de 237 588.49€. En el caso de que el excedente no se comercialice, el punto óptimo se encuentra en la instación con 36KW de potencia instalada en el campo fotovoltaico y con un almacenamiento de 2000Ah donde el flujo de caja neta acumulado total sería de 154 052.60€. Tras los análisis de sensibilidad de puede sacar varias conclusiones: • Para un sistema en el que el excedente de energía se comercializa, es crucial priorizar los beneficios económicos mediante un correcto dimensionamiento del sistema de almacenamiento. La clave radica en asegurar que las baterías estén adecuadamente dimensionadas para almacenar la cantidad justa de energía excedente generada durante las horas de mayor producción fotovoltaica. De esta manera, se puede cubrir la demanda de energía en los momentos en que la producción fotovoltaica es mínima o nula. Un correcto dimensionamiento de las baterías tiene múltiples ventajas. En primer lugar, garantiza que la energía generada en exceso no se desperdicie, sino que se utilice de manera eficiente para satisfacer la demanda de la instalación. En segundo lugar, al evitar el sobredimensionamiento, se previene el almacenamiento de un excedente que no será utilizado posteriormente. Esto es importante porque almacenar energía que no se va a consumir resulta en una pérdida potencial, ya que esa energía podría haberse comercializado, generando ingresos adicionales. Además, es fundamental considerar que un sistema de almacenamiento mal dimensionado puede llevar a costos innecesarios. Baterías sobredimensionadas representan una inversión mayor sin retorno, mientras que baterías subdimensionadas pueden resultar en una insuficiencia de energía en momentos críticos, obligando a la instalación a recurrir a fuentes de energía externas, lo cual podría ser más costoso. • Para un sistema en el que el excedente de energía no se comercializa, la optimización económica depende en gran medida de la relación entre la potencia fotovoltaica instalada y el tamaño del sistema de almacenamiento. Es fundamental encontrar un equilibrio adecuado entre estos dos componentes para maximizar la eficiencia y minimizar el desperdicio. No tiene sentido instalar un campo fotovoltaico muy grande junto con un sistema de almacenamiento pequeño, ya que la demanda de energía de la instalación no estaría adecuadamente acoplada con la producción fotovoltaica. En este caso, el almacenamiento pequeño alcanzaría rápidamente su capacidad máxima, resultando en una gran cantidad de energía excedente que se desperdiciaría. Este desequilibrio significa que la inversión en una gran cantidad de paneles fotovoltaicos no se aprovecha plenamente. Por otro lado, tampoco es eficiente instalar un gran sistema de almacenamiento para un campo fotovoltaico pequeño. En esta situación, la capacidad de almacenamiento de las baterías sería infrautilizada, ya que la producción fotovoltaica no sería suficiente para llenarlas completamente. Esto resultaría en un gasto innecesario en almacenamiento que no proporcionaría un beneficio tangible. Por lo tanto, lo conveniente es que el tamaño del sistema de almacenamiento y del campo fotovoltaico estén adecuadamente equilibrados. Este equilibrio asegura que la energía generada se utilice de manera óptima, reduciendo al mínimo el desperdicio y evitando inversiones innecesarias. Una planificación cuidadosa y un análisis detallado de la producción y demanda energética de la instalación son esenciales para determinar la configuración 83 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria ideal, garantizando así la mayor eficiencia económica y operativa del sistema. Con el correcto dimensionamiento del campo fotovoltaico y del sistema de almacenamiento en base a los consumos previos de la industria a instalar, una microrred compuesta por paneles fotovoltaicos y almacenamiento en baterías es una excelente solución para transitar hacia energías renovables. Este estudio ha demostrado que, con una planificación adecuada, la inversión inicial puede recuperarse en un corto periodo de tiempo. Dimensionar correctamente tanto el campo fotovoltaico como el sistema de almacenamiento es crucial. Esto se debe a que un diseño basado en los patrones de consumo energético previos asegura que la producción y el almacenamiento de energía sean óptimos. Al alinear la capacidad de generación con la demanda y la capacidad de almacenamiento, se maximiza la eficiencia del sistema, se minimizan los desperdicios y se garantiza que la energía generada se utilice de la manera más efectiva posible. Las microrredes, compuestas por paneles fotovoltaicos y sistemas de almacenamiento en baterías, ofrecen múltiples beneficios. No solo reducen la dependencia de fuentes de energía convencionales y disminuyen la huella de carbono, sino que también pueden ofrecer estabilidad y autonomía energética a la industria. Este enfoque no solo es sostenible desde un punto de vista ambiental, sino que también es económicamente viable. La evidencia presentada en este trabajo confirma que, con una inversión inicial adecuada y un diseño bien planificado, las industrias pueden ver un retorno de inversión en un tiempo relativamente corto. Esto no solo hace que la transición a energías renovables sea atractiva desde una perspectiva ambiental, sino también desde una financiera, incentivando a más industrias a adoptar soluciones energéticas sostenibles. 84 8. REFERENCIAS [1] Roca, R. (2021, febrero 9). Europa, «enganchada» a los combustibles fósiles. El Periódico de la Energía. https://elperiodicodelaenergia.com/europa-enganchada-a-los-combustibles-fosiles/ [2]Crisis del petróleo (1973). StudySmarter ES. https://www.studysmarter.es/resumenes/economia/macroeconomia/crisis-del-petroleo-1973/ [3] Wikipedia contributors. Crisis del petróleo de 1973. Wikipedia, The Free Encyclopedia. https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Crisis_del_petr%C3%B3leo_de_1973&oldid=160028969 [4] MAHB. (2023, 25 agosto). When fossil fuels run out, what then? - MAHB. https://mahb.stanford.edu/libraryitem/fossil-fuels-run/ [5] Content, W. B. (2015, 18 diciembre). Grandes retos de los próximos 50 años para los que la humanidad necesita una solución hoy. Xataka. https://www.xataka.com/n/grandes-retos-de-los-proximos-50-anos-para-los- que-la-humanidad-necesita-una-solucion-hoy [6] U.s. energy Information Administration (EIA). Eia.gov. https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=38&t=6 [7] Eurostat. (2021, febrero 4). Share of fossil fuels in gross available energy. Eurostat. https://ec.europa.eu/eurostat/web/products-eurostat-news/-/ddn-20210204-1 [8] Final consumption – Key World Energy Statistics 2021 – Analysis - IEA. (s. f.). IEA. https://www.iea.org/reports/key-world-energy-statistics-2021/final-consumption [9] Taylor, A. A. (2023, septiembre 18). La energía solar en el sector industrial. Linkedin.com. https://www.linkedin.com/pulse/la-energ%C3%ADa-solar-en-el-sector-industrial- alberto/?originalSubdomain=es [10] Polo, P., & Asit, D. G. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA EN PROCESOS INDUSTRIALES. Asit-solar.com. https://www.asit-solar.com/wp-content/uploads/2021/06/ASIT-AAE-ST-Industria-8-jun-21.pdf [11] Heineken y ENGIE inician la construcción de la primera planta termosolar de la industria española. (2022, octubre 3). ENGIE España. https://www.engie.es/heineken-construccion-primera-planta-termosolar-de-la- industria-espanola/ [12] The Brewers of Europe. (2023, agosto 10). The Brewers of Europe. https://brewersofeurope.eu/aboutus/the-brewers-of-europe/ 85 Estudio de una microrred para abastecimiento energético a una industria [13] Los mejores fabricantes de equipos de cervecería en China. (s. f.). Micet Craft Brewery Equipment. https://www.micetcraft.com/es/ [14] ¿Cómo hacer cerveza? Los 5 procesos para su elaboración. (2016, mayo 11). Tres Jotas Beer Club. https://tresjotasbeerclub.com/como-hacer-cerveza/ [16] Britannica Academic. (s. f.). https://academic.eb.com/ [17] ¿Qué es una microrred y cómo funciona? | Enel X. (s. f.). Enel X. https://corporate.enelx.com/es/question- and-answers/what-is-a-microgrid-and-how-does-it-work [18] Mono Sunrise Solartech - SR-M660260-B. Secondsol der Photovoltaik Marktplatz. https://www.secondsol.com/nl/anzeige/11356//sunrise-solartech/sr-m660260-b [19] Inversor SMA SUNNY TRIPOWER 25000TL-30 trifásico. SOLARMAT. https://solarmat.es/es/Inversorconexion-a-red/inversor-sma-sunny-tripower-25000tl-30-trifasico.html [20] Batería Pylotech US3000C. Autosolar.es. https://autosolar.es/baterias-litio-48v/bateria-litio-35kwh- pylontech-us3000c-48v [21] Regulador de carga PC18-8025F. Autosolar.es. https://autosolar.es/reguladores-de-carga-mppt/regulador- 12v-24v-48v-80a-mppt-must-solar [22] e-Media Resources. Welcome to Trnsys. https://www.trnsys.com/ Araya, A. P. (2022). Integration of Solar Energy in Small-scale Industries. Application to Microbreweries in Spain. Universidad de Sevilla. Navas, S. J., Cabello González, G. M., & Pino, F. J. (2022). Hybrid power-heat microgrid solution using hydrogen as an energy vector for residential houses in Spain. A case study. Energy Conversion and Management, 263(115724), 115724. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115724 Enzimas En La Elaboracion DE Cerveza. https://www.calameo.com/read/000640540203867d20217 Europa press. (2023, junio 19). La producción de cerveza crece un 7,9% en un 2022 en el que se recupera su consumo en hostelería. europa press. https://www.europapress.es/economia/noticia-produccion-cerveza-crece- 79-2022-recupera-consumo-hosteleria-20230619111027.html Pino, A., Pino, F. J., & Guerra, J. (2023). Integration of solar energy in Small-scale Industries: Application to microbreweries. Sustainable Energy Technologies and Assessments. https://doi.org/10.1016/j.seta.2023.103276