Ordenación territorial para la diversificación del sistema eléctrico (página 2)

Figura 6. Sistemas de calentamiento de agua instalados para uso social

Los resultados alcanzados han permitido acumular las experiencias necesarias para hacer más extensiva la aplicación de esta tecnología, que por los bajos costes de inversión puede ser asumida por las autoridades locales, pudiendo ampliar su marco de desarrollo.

Energía eólica

De las renovables, esta es la tecnología que más avances presenta en cuanto a la potencia instalada y sus aportes al sistema de La Isla. En la zona conocida por Punta del Este se ubica una Central Eólica que consta de 6 aerogeneradores, con una potencia instalada de 1,65 MW que tributa la energía producida directamente a la red [15]. El empleo de molinos de viento para el bombeo de agua, es otra de las tecnologías extendidas en el territorio, existiendo un total de 28 de estas máquinas instaladas [14], el sector agropecuario tiene el peso total de esta aplicación renovable, pudiendo extenderse a otros sectores que hoy demandan energía al servicio eléctrico, esta información se encuentra reflejada en la tabla 3.

Tabla 3. Molinos de viento instalados y funcionando en la Isla de la Juventud

Fuente: Elaboración: base de datos GE y ER [14]

En la figura 7 se muestra el parque eólico Los canarreos y el molino tradicional que se usa para el bombeo de agua.

Figura 7. Parque eólico Los Canarreos y molino tradicional

Biomasa

En un plan demostrativo del gobierno en el que cooperan, el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente y el Fondo para el Medio Ambiente Global, y donde por la parte cubana se encuentra coordinado por CUBAENERGÍA con la participación de la Unión Eléctrica y el Ministerio de la Agricultura, se aplica en fase de prueba una unidad de generación eléctrica de 50 kW de potencia, a base de un grupo electrógeno que quema una mezcla de Diesel y biomasa forestal gasificada, ahorrándose como mínimo el 75 por ciento del combustible fósil. La materia prima se garantiza a través del manejo sostenible del bosque, y los residuales producidos durante la operación del sistema se reincorporarán al suelo, garantizando la reversibilidad de parte del impacto medioambiental provocado. Esta planta se encuentre ubicada en Cocodrilo, una comunidad de pescadores de 350 habitantes con una máxima demanda de 32 kW [16], con un régimen de trabajo autónomo.

En la figura 8 se muestra una parte de la unidad de generación eléctrica de 50 kW de potencia instalada en el poblado costero de Cocodrilo.

Figura 8. Parte de la unidad de generación eléctrica
de 50 kW de potencia instalada en el poblado costero de Cocodrilo

En total el territorio de La Isla de la Juventud posee una potencia instalada a partir de sistemas renovables de energía equivalente a 2,282 MW, de los cuales se encuentran conectados a la red 1,65 MW [17]. En el gráfico 2, se muestra los tipos de tecnología instalados en el territorio.

Gráfico 2. Tipos de tecnología instaladas
en La Isla de la Juventud

Fuente: Elaboración propia

Sistema de distribución y transportación de energía

A la par con el desarrollo de las tecnologías de generación de energía eléctrica le ha seguido la construcción de una amplia red de transmisión y distribución de energía, materializada en decenas de kilómetros de líneas eléctricas de diferentes designaciones y 6 subestaciones, incluyendo 10 kilómetros de líneas eléctricas soterradas, que se tienden en los tramos más sensibles de la ciudad de Nueva Gerona, brindando el servicio eléctrico a todos los objetivos de donde depende la estabilidad de la dirección, las funciones productivas, económicas y sociales del territorio [12].

Estas condiciones, aseguran el servicio eléctrico para el desarrollo económico social del territorio, siempre que se garantice el abastecimiento de combustibles, lubricantes y otros insumos tecnológicos necesarios que no se poseen territorialmente y que requieren ser transportados hacia la Isla desde el exterior. En la figura 9, se puede observar la ubicación territorial de la infraestructura eléctrica en La Isla de la Juventud.

Figura 9. Infraestructura eléctrica de La Isla de
la Juventud.

Fuente: Elaboración propia

Principales impactos medioambientales provocados por la generación de electricidad con combustibles convencionales

Entre los principales componentes del medio ambiente más amenazados por la producción eléctrica en la Isla de la juventud se encuentran el aire, el suelo y las fuentes hídricas.

La generación de electricidad en el territorio a partir de la combustión de hidrocarburos, es responsable que anualmente se emitan al espacio 47.377 toneladas de CO2 [11] [5], constituyendo el elemento de vigilancia medioambiental más apremiante, pues su producción es constantemente diametral a la generación de eléctricidad.

Estas emisiones de gases son también responsables de la lluvia ácida, que se produce cuando la atmósfera recibe fuertes dosis de óxidos de azufre y nitrógeno, disuelve incluso los metales, como el aluminio, contenido en las rocas sedimentarias. Al ser liberado, el aluminio daña las raíces de las plantas y cuando se filtra a las aguas, obstruye las branquias de los peces. Las lluvias ácidas también atacan al suelo agrícola y forestal impidiendo la regeneración natural [18].

Durante el proceso de generación se almacenan y gestionan importantes volúmenes de combustibles y lubricantes que contienen una serie de hidrocarburos no degradables biológicamente, que actúan con relativa lentitud y que de filtrarse o derramarse en el suelo destruyen el humus vegetal, dando al traste con la fertilidad de los suelos. Estos elementos contienen en su composición sustancias tóxicas como plomo, cadmio y compuestos de cloro que contaminan la tierra y se filtran hasta impurificar las fuentes hídricas, con altos efectos dañinos para los seres vivos.

Para tener una idea de la magnitud del peligro, diremos que un litro de aceite usado mal manejado, puede contaminar hasta 1000 m3 de agua potable, lo cual constituye el consumo anual de ese líquido para 50 personas [19].

En las centrales eléctricas de la Isla se almacena y gestiona diariamente una capacidad aproximada de 450 m3 de combustible Diesel, 100 m3 de fuel oil y 400 m3 de lubricantes [17]. El peligro de contaminación medioambiental provocado por el consumo y gestionamiento de hidrocarburos durante la generación de electricidad,

requiere de la aplicación permanente y rigurosa de un conjunto de normativas y medidas de protección, que implican dedicar cuantiosos recursos humanos y materiales.

Los riesgos de derrame de combustibles y lubricantes utilizados en la generación y el gestionamiento de la energía eléctrica en el territorio, pueden estar motivados por diferentes causas, entre las que podemos señalar, accidentes tecnológicos, errores humanos y fenómenos naturales, estos últimos con elevada recurriencia en la zona geográfica donde se ubica La Isla, principalmente los ciclones tropicales.

Para que se tenga una idea de la urgencia de este riesgo medioambiental podemos señalar, que de producirse el derrame sólo del 50 % de los lubricantes que se almacenan y gestionan durante un día de generación en la Isla de la Juventud, potencialmente puede contaminar el agua potable que necesita la población total de la Isla por varios años.

La introducción de las energías renovables con la visión de diversificar la matriz energética del territorio, ofrece oportunidades destacadas para la reducción gradual de estos impactos y peligros. Solo baste señalar que de lograrse la incorporación de las renovables a un ritmo de crecimiento del 1,5 % anual, en 5 años dejarían de emitirse a la atmósfera 3891,3 toneladas de CO2 [5], siendo proporcional la reducción del riesgo de impacto al suelo y las cuencas hidrográficas, dado el reajuste en el consumo y gestionamiento de combustibles y lubricantes utilizados en la generación eléctrica.

En el orden de la reducción de otros impactos medioambientales, la introducción de las energías renovables representan una interesante propuesta. El carácter y la aproximación al modo de la generación distribuida de estos sistemas, economiza la construcción de nuevos lineales y otras obras de inversiones energéticas que ocasionan impactos determinantes en el paisaje, muchas de ellas dificiles de revertir.

La contaminación acustica se minimiza sensiblemente y en el caso de algunas tecnologías como las instalaciones fotovoltaicas se reduce a cero durante la etapa de explotación.

Estas ventajas de las renovables abren un grupo importante de alternativas, en cuanto a la aplicación de soluciones sostenibles en el mantenimiento del desarrollo económico y social del territorio.

Comportamiento del recurso renovable: solar, eólico, hídrico y biomasa

La Isla de la Juventud no posee yacimientos ni fuentes de abastecimiento propias de los recursos energéticos convencionales, teniendo que incurrir en cuantiosos gastos para su traslado por vía marítima, con el objetivo de garantizar el funcionamientos de las CE instaladas, sin embargo, existen potenciales renovables que se encuentran distribuidos a lo largo y ancho del territorio y que pudieran emplearse con fines energéticos.

El Modelo de Desarrollo Energético Territorial, predispone el uso del recurso renovable disponible territorialmente, en función de satisfacer determinada necesidad de energía para el desarrollo económico y social, aliviando el peso que hoy tienen en la generación el uso de los combustibles fósiles; para ello se requiere un proceso de estudio y análisis sobre el comportamiento del recurso renovable, su ubicación, disposición, posibilidades de su empleo, tipo de tecnología, impactos medioambientales, ajuste de demanda, grado de aceptación social y otros aspectos necesarios.

Estudio del potencial solar

El estudio del comportamiento del potencial solar en el territorio, constituye uno de los temas obligados al análisis, por cuanto de él va a depender la eficiencia de rendimiento energético de los sistemas que se implementen y la justificación del monto económico que implica la inversión.

El elemento energético solar de la Isla se encuentra influenciado por la componente climática, y su ubicación a pocos kilómetros al suroeste de Cuba, rodeada por aguas y con un clima de zonas tropicales templadas. En la tabla 4 se expresan los datos climáticos medios de la Isla de la Juventud.

Tabla 4. Datos climatológicos de La Isla de la Juventud

Fuente: Elaboración propia a partir de datos de la NASA [20]

La diferencia de temperatura que se produce diariamente entre las horas de la noche y madrugada, además del calentamiento abrupto durante el día de las aguas que la rodean, favorecen la formación de nubes que caracterizan el espacio territorial de La Isla durante casi todo el año, provocando que la radiación solar del territorio ocasionalmente sea difusa, con periodos de sombras parciales que se suceden aleatoriamente.

El día solar en La Isla de la Juventud está calculado para 5 horas, con 362 días de sol durante el año [17].

El potencial solar de La Isla de la Juventud posee valores similares a los del resto del país; pero en su parte norte la radiación alcanza valores entre los 5,43 y 5,69 KWh/m2 día, estos especialmente se encuentran por encima de la media nacional, que corresponden entre 5 y 5,17 KWh/m2 día.

El área de potencial solar estudiada es de 2.251,8 km2, en ella influyen valores de radiación comprendidos entre 5,16 hasta 5,70 KWh/m2 día. Este potencial representa una energía equivalente a 12.224,48 GWh/día, con una potencia promedio de 1.09 kW/m2 [13].

Se ha tomado como modelo para el estudio del potencial solar del territorio, las mediciones realizadas por SWERA que datan del año 2005, con una resolución de 10 kilómetros y para la representación se utilizó una cartografía de escala 1:100000 [17].

Los resultados del estudio del potencial solar de La Isla, sugieren una perspectiva atractiva en cuanto al análisis para la introducción de sistemas fotovoltaicos conectados a la red, principalmente en la parte norte, donde inciden los valores más elevados de radiación y se concentra la mayor demanda de electricidad del territorio. En la figura 10, se puede observar el comportamiento del potencial solar global que incide en el territorio de La Isla de la Juventud.

Figura 10. Potencial solar global que incide en el territorio de La Isla de la Juventud.

Fuente: Elaboración propia

Estudio del potencial Eólico

Los estudios realizados en La Isla de la Juventud han demostrado que los vientos predominan de dirección este, con velocidades promedio entre 9-12 km/h. La ubicación geográfica de La Isla implica que los vientos alisios sean influenciados por las brisas marinas.

En la primera edición del Mapa de Potencial Eólico de Cuba, se refleja que en el territorio existen unos 49 puntos que presentan un potencial calificado de Bueno- Excelente con velocidades del viento entre 6,8 y 8,2 m/s que pueden generar una potencia equivalente aproximada de 298 MW, estos se localizan en una estrecha franja costera desde Punta de los Barcos situada en la parte norte, hasta Punta Rancho Viejo situada al sureste de la Isla próxima a Punta del Este, así como en las Sierras de Colombo y de Caballos. De la misma manera se especifican otros 26 puntos calificados de Bueno con velocidades del viento que oscilan entre 6,8 y 7,5 m/s, con posibilidades de generar una potencia equivalente aproximada de 31 MW, estos se ubican en las Sierras de Casas y de la Cañada [21].

En la figura 11, se puede observar el comportamiento del potencial eólico que incide en el territorio de La Isla de la Juventud.

Figura 11. Potencial eólico que incide en el territorio de La Isla de la Juventud.

Fuente: Elaboración propia

Esta energía renovable es la que presenta un modelo más completo de estudio y aplicación, siendo la que hasta estos momentos posee niveles de energía entregados al sistema y la que ha permitido cuantificar el impacto económico de su aplicación en el ahorro del consumo y la transportación de combustibles y lubricantes, así como en la reducción de gastos asociados por conceptos de impactos medioambientales, corroborando la certidumbre en cuanto al papel que pueden jugar los recursos renovables territoriales en el empeño por lograr la autosuficiencia energética.

El análisis del comportamiento de la variable eólica ha permitido determinar, que es factible el aprovechamiento de la energía del viento a gran escala, principalmente en la parte norte y sureste del territorio, ya sea para producir electricidad mediante la instalación de aerogeneradores o mediante la implementación de molinos para el bombeo de agua en granjas agropecuarias, pequeños acueductos rurales, hidropónicos y centros de producción vegetal, así como en centros de alevinaje y producción acuícola.

Estudio del potencial Hídrico

El territorio de La Isla de la Juventud se encuentra irrigado de forma permanente por unos 20 ríos de causes cortos y pequeño caudal, así como la existencia de 10 arroyos permanentes y 1203 arroyos y cañadas que de manera intermitente aparecen como afluentes de los ríos principales. Existe un total 784 pequeñas lagunas, estanques y embalses, así como 14 pequeñas presas, 52 canales y 323 zanjas, de las cuales en tiempo de seca permanecen secas 6 de ellas. En la parte centro este existen 27 conductoras de agua soterradas [22].

Hasta el momento los estudios del potencial hídrico con el fin de ser utilizados para la producción de electricidad se han realizado en 7 presas y embalses, con un caudal total de 3,40 m3/s, estas se encuentran ubicadas en la parte norte y centro de La Isla, donde se concentra la mayor demanda de electricidad, pudiendo comprobarse que es factible la instalación de minihidroeléctricas, que en total pueden aportar una potencia instalada de 200 kW, esta producción energética es capaz de liberar del consumo unas 293 toneladas de combustibles al año, dejando de emitirse a la atmosfera 1069,45 toneladas de CO2 [23].

Las condiciones de existencia del componente hídrico no estudiado, caracterizado por un importante número de pequeñas fuentes, implica la continuación de los estudios puntuales del potencial que pudiera aprovecharse para el aporte de energía al sistema, constituyendo una variante de desarrollo atractiva, pues de las energías renovables esta es la de menor implicación económica en el proceso inversionista para el territorio.

Además del aprovechamiento de este recurso en función de la producción de electricidad, es factible su utilización en otras aplicaciones como son los arietes hidráulicos para el bombeo de agua en empleos de la agricultura.

En la figura 12 se puede apreciar el comportamiento del potencial hídrico del territorio.

Figura 12. Potencial hídrico del territorio de La Isla de la Juventud

Fuente: Elaboración propia

Estudio del potencial de Biomasa

La Isla de la Juventud se distingue por la presencia del recurso dendroenergético, quedando determinada esta característica en su principal renglón económico que es la producción agrícola y maderable, así como el turismo de naturaleza. El 61 % del territorio se encuentra cubierto por este recurso.

Los estudios del potencial de biomasa han permitido determinar la distribución del recurso dendroenergético, correspondiendo 20180 ha de bosques, 24463 ha de mangle, 16053 ha de maleza, 85802 ha de huertos frutales y 1090 ha de plantaciones de café [24].

La presencia en volumen y tipo del recurso dendroenergético en el territorio, hace suponer la factibilidad de su empleo a gran escala para la producción de energía eléctrica.

En los planes de desarrollo inmediato de esta tecnología se encuentran previstas entrar en operaciones dos instalaciones, una con una potencia de 50 KW en la comunidad de Cocodrilo con un régimen de trabajo autónomo, en estos momentos realiza las pruebas operacionales para su puesta en marcha y otra instalación con una potencia de 1 MW que funcionará a partir de la gasificación de la biomasa forestal disponible, en el lugar conocido por La Melvis y la energía eléctrica producida será tributada a la red eléctrica [25].

Los estudios realizados han permitido calcular la posibilidad de instalar a corto plazo (5 años) hasta 1 MW de potencia, con un consumo específico de biomasa dendroenergética seca de 0,55 Kg/kWh, y poder duplicar esta potencia en un plazo de 10 años, con la creación simultanea de un respaldo de siembra de 2600 ha de bosques energéticos [11]. En la figura 13 se puede apreciar el comportamiento del potencial de biomasa del territorio.

Fuente: Elaboración propia

Figura 13. Potencial de biomasa del territorio.

Otras atractivas propuestas se derivan del empleo de la biomasa en aplicaciones energéticas y que en el caso del territorio pueden ser aprovechadas, existiendo 11 entidades del sector agropecuario [11] que pueden generar determinados volúmenes de desechos sólidos, con posibilidad de ser utilizados en la producción de biogás, que se destinaría para el consumo en niveles de actividades que hoy se demandan al sistema eléctrico de La Isla.

Comportamiento del consumo de energía eléctrica por el territorio

Es indudable el progreso económico y social que La Isla de la Juventud ha venido experimentando en los últimos años, solo basta señalar el desarrollo en el sector energético, que la sitúan al nivel del país.

En el año 2009 el territorio consumió 94.754 MWh de energía, con una media de consumo por habitantes de 1,51 MWh. El promedio de consumo de energía eléctrica mensual es de aproximadamente 7.900 MWh, siendo más elevado en los meses comprendidos de Abril a Octubre de 8.500 MWh y más bajo en los meses de Noviembre a Marzo donde el consumo de energía se comporta en 7.000 MWh [11].

De la energía consumida menos del 10 % es producida por fuentes renovables de energía [26]. Para las autoridades del Municipio Especial de La Isla de la Juventud, constituye un reto poder mantener estos niveles de consumo, que hoy dependen en más de un 90 % de los combustibles fósiles.

El precio del petróleo y sus derivados hoy son muy elevados, no presenta perspectivas de aliviarse, por el contrario, se pronostica que en los próximos años seguirá subiendo hasta precios insostenibles para su utilización como portador energético preferencial. El mantenimiento del progreso económico y social alcanzado por el territorio, requiere la adopción de un nuevo paradigma energético y pone sus miras en las reservas que posee de las fuentes renovables de energía, entre las que se encuentra la energía solar (fotovoltaica y térmica).

Factibilidad de introducción de los sistemas solares fotovoltaicos y térmicos

El análisis de los valores del potencial solar que incide en la Isla, ha permitido determinar que es factible la introducción de las diversas tecnologías para el aprovechamiento de este recurso renovable, esta razón se ve más urgida por el hecho de que el sistema eléctrico del territorio, depende casi en su totalidad del consumo de hidrocarburos, debiendo destinar cuantiosos recursos económicos para garantizar el servicio eléctrico y la reducción de impactos medioambientales, por lo que el empleo del potencial solar disponible, constituye una opción en todas las variantes de su aprovechamiento energético.

Las autoridades del territorio, contando con la ayuda de algunas instituciones internacionales, entre las que se puede mencionar la ONUDI, promueven esfuerzos de inversión de recursos, para el aprovechamiento de las renovables en el territorio, entre las que se encuentra la introducción de tecnologías modernas para el aprovechamiento del potencial solar con fines energéticos.

Sistemas fotovoltaicos autónomos o independientes

Los primeros mercados masivos de células fotovoltaicas se desarrollaron en primer lugar, en torno a aplicaciones aisladas de la red eléctrica: señalización marítima mediante boyas luminosas, señalización ferroviaria, antenas de comunicaciones (telegrafía, telefonía, radio, TV, etc.) [27]. En Cuba su destino ha sido similar, ampliándose su empleo en los últimos años en cerca de 8000 aplicaciones de carácter social; salas de televisión, escuelas, médicos de la familia, círculos sociales, viviendas rurales y otras [28].

A favor de los sistemas fotovoltaicos autónomos es necesario señalar, que considerando los atributos de plasticidad operativa que poseen estos sistemas, en el análisis de la viabilidad territorial no deben aplicarse los mismos criterios, pues las experiencias han demostrado su capacidad para ser instalados en lugares con condiciones muy específicas, donde no se pueden implementar otras tecnologías como por ejemplo: las señalizaciones marinas en boyas dentro del océano, en bombeos de agua en zonas alejadas de la red eléctrica y de difícil acceso, así como en la electrificación de comunidades aisladas en zonas montañosas y otras aplicaciones, por lo que estos estudios deberán realizarse de manera muy puntual y dirigidos a la satisfacción de una necesidad energética específica [7].

Estudios para la introducción de los sistemas fotovoltaicos conectados a red

Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red constan de los sistemas modulares de captación y de conversión de la electricidad generada (de corriente continua a corriente alterna) y de conexión a la red sin disponer de ningún tipo de almacenamiento [27], se instalan básicamente en zonas próximas a los centros de consumo, reduciendo las pérdidas por concepto de transportación de la energía.

Estos sistemas constituyen una opción de interés para la producción alternativa de energía eléctrica en La Isla de la Juventud, pudiendo liberar el consumo de determinados niveles de combustibles, al propio tiempo que reducir impactos medioambientales, generando disponibilidad de recursos que pueden invertirse en otras direcciones del progreso económico y social de La Isla.

En los sistemas conectados a red: la corriente directa generada por los módulos alimenta directamente al inversor de potencia. En este caso la tensión y la frecuencia son establecidas por la red eléctrica y el control del inversor se encarga de regular la potencia inyectada al sistema [29].

Es importante establecer un balance adecuado de las ventajas y desventajas de estos sistemas y en consecuencia poder asumir con oportunidad las medidas de reducción de impactos [13].

El aprovechamiento de la energía solar para la generación de electricidad contribuye a la sostenibilidad del sistema energético, pues evita que se genere electricidad a partir de combustibles fósiles no renovables, reduciendo las emisiones de gases asociados a éstos.

La energía solar fotovoltaica, la más distribuida de las renovables, ofrece la ventaja de poderse instalar en las superficies de los edificios y casas o integrarla en estos, permitiendo la optimización del espacio.

En referencia a los aspectos económicos y sociales, la energía solar fotovoltaica permite reducir la tasa de dependencia exterior para el abastecimiento de combustibles y aumentar así la seguridad en el suministro. Esta seguridad resulta también reforzada por una mayor diversificación de las fuentes energéticas [27].

Entre las principales ventajas para la Isla se encuentran las siguientes; no generan ruidos, los trabajos de operación y mantenimientos son sencillos y de bajos costos, no producen CO2 y otros contaminantes del aire, el suelo y las cuencas

hidrográficas, en muchos casos el impacto paisajístico es mínimo, son modulares, se instalan fácil y rápidamente, tienen bajos costos de operación, para bajas potencias no se necesita grandes cantidades de superficie, no requieren ser alimentados para su funcionamiento. En nuestro país el proceso de recuperación de la inversión se alcanza a corto y mediano plazo, en lo que influye el nivel diseñado para el cobro de la tarifa eléctrica [30].

Entre las principales desventajas se encuentran; altos costos de inversión, en algunos casos suelen tener impacto visual o paisajístico importante, para altas potencias se requiere grandes superficies.

Factibilidad de la extensión en la aplicación de los sistemas térmicos solares para el calentamiento de agua

El colector solar plano, utilizado desde principios del siglo XX para calentar el agua hasta temperaturas de 80 grados centígrados, es la aplicación más común de la energía térmica del sol. Los elementos básicos de un colector solar plano son la cubierta transparente de vidrio y una placa absorbente, por la que circula el agua u otro fluido como portador, otros componentes son el aislamiento, la caja protectora y un depósito acumulador.

Cada metro cuadrado de colector puede producir anualmente una cantidad de energía equivalente a unos 80 kilogramos de petróleo [31]. Esta tecnología ofrece un elevado rendimiento en cuanto al aprovechamiento de la radiación solar y puede trabajar con resultados formidables tanto con la radiación solar directa como con la difusa.

El aprovechamiento de la radiación solar en su componente térmico ha sido de las más usadas en la Isla. Estos sistemas permiten la utilización racional y controlada del espacio, por cuanto pueden ser instalados en las cubiertas de los edificios, patios, solares yermos y otros lugares, siempre que no existan obstáculos que provoquen conos de sombra y que impidan que la radiación solar incida en los colectores.

Las aplicaciones más extendidas en el Municipio Especial, están relacionadas con la generación de agua caliente para hogares, hospitales y hoteles, actividades en los que se requiere calor a bajas temperaturas y que pueden llegar a representar más de una décima parte de la demanda eléctrica, con los niveles actuales de consumo esto sería igual a 9,475 MWh al año, con un ahorro aproximado de 1668 toneladas de petróleo [11].

El diseño de los análisis de factibilidad económica que hoy conocemos, demuestran que a diferencia de las tecnologías convencionales para calentar el agua, las inversiones iniciales son relativamente elevadas; pero menos costosas que las fotovoltaicas y requieren un periodo de amortización aproximado entre 5 y 7 años, si bien, como es fácil deducir, el combustible es gratuito, los gastos de mantenimiento son bajos y no se generan gastos adicionales para la reducción de impactos y riesgos medioambientales.

Más modernos, pero más costosos que los colectores planos, son los de vacío, capaces de lograr temperaturas más elevadas, lo que permite utilizarlos con objetivos específicos para cubrir demandas de la industria y los servicios.

En el país se ha venido desarrollando la producción de colectores compactos con diferentes materiales de alta eficiencia, apropiados e idóneos a nuestras condiciones climáticas, y se continúa el desarrollo de nuevos modelos con el objetivo de utilizar materiales disponibles en el territorio, aumentar la calidad y disminuir los costos, estas condiciones ofrecen oportunidades atractivas para su extensión.

El secado de productos agrícolas e industriales, por su alto consumo de energía, es otro de los usos de mayor interés de la energía solar. Durante más de dos décadas, se han desarrollado modelos y tecnologías de secado solar para maderas, plantas medicinales, granos, semillas y otros productos, permitiendo el uso industrial de estas cámaras con grandes ventajas económicas, logrado su construcción modular y utilizando tecnología de avanzada en función de alcanzar mayores progresos en su generalización. Esta es otra modalidad de empleo y aprovechamiento del valor térmico de la energía solar que puede ser ampliada en La Isla.

La disponibilidad de espacio en las ciudades y núcleos poblacionales, que pueden ser utilizados para la instalación de sistemas solares térmicos, destinados al calentamiento de agua a bajas temperaturas, para satisfacer la demanda de uso

doméstico y algunas actividades industriales y de los servicios, es equivalente a 65328 m2 incidiendo un potencial solar promedio equivalente a 5,698 kWh/m2 día, que representan 4.723,12 calorías por m2/día [13], demuestrando que es factible continuar la introducción a gran escala de esta tecnología, con lo que se lograría liberar el consumo de determinado volumen de combustible que hoy se emplea con esos fines.

Impactos en el componente medioambiental, que determinan el nivel de empleo de las tecnologías de energía solar

Las inversiones relativas a la infraestructura eléctrica de un territorio, están reconocidas como una de las más costosas y que más impactan en la variante medioambiental territorial, es por ello que exigen de procesos inversionistas rigurosos, donde las exigencias del ordenamiento territorial son observadas con profundidad y cuidado.

Es cierto que las tecnologías renovables no se consideran entre las que más impactan desde el punto de vista de la variable medioambiental; pero ninguna tecnología es totalmente inicua, del mismo modo que la eficiencia de esos sistemas, depende en buena medida de la efectividad de su ubicación en el espacio, distancia hasta los puntos de consumo o la red eléctrica, lugar adecuado para el aprovechamiento máximo del potencial renovable y otros elementos que puntualmente deben ser tenidos en cuenta a la hora de decidir su instalación.

Estas exigencias deben ser metodológicamente estudiadas, utilizando un sistema capaz de gestionar el volumen de datos e informes que se necesitan y que pueda dar respuesta adecuada a los diversos problemas que en el orden energético territorial se plantean.

Aplicación de criterios del ordenamiento territorial

El estudio del potencial solar de La Isla de la Juventud, permitió determinar que en la parte norte del territorio inciden valores de radiación, que constituyen un atractivo especial para la implementación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red, pues en estas zonas se concentra la mayor demanda de energía eléctrica del territorio.

Siguiendo los principios trazados en el Modelo de Eficiencia Energética para Cuba, en cuanto al estudio de las exigencias planteadas por el ordenamiento territorial [7], en interés de implementar los sistemas fotovoltaicos durante el proceso de diversificación del Sistema Eléctrico Cubano, con la introducción de las energías renovables, analizando el comportamiento espacial de un conjunto de normas de protección que responden a exigencias de estándares nacionales e internacionales, establecidos en el marco regulativo previsto en las Leyes, Decretos Leyes, Normas Cubanas, Normas Internacionales, reglamentos, manuales y otros documentos al respecto (anexo I).

De igual manera se analiza la incidencia de un conjunto de barreras naturales existentes y representadas en el espacio a una escala 1:100000, que determinan la ubicación de las inversiones. Las normas de protección están destinadas a proteger los objetivos que las generan, así como preservar las instalaciones eléctricas que se implementen.

Estudio de las normas de protección y barreras naturales existentes en el territorio para la implementación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red

Se analizan por separado y agrupándolas en el orden genérico, la influencia que ejercen sobre la viabilidad del territorio para acometer las inversiones y dentro de ellos en particular veremos las de origen hídrico, orográfico, las relacionadas con la capa vegetal, los viarios y las redes eléctricas.

En el caso particular donde se analiza la viabilidad para la introducción de la tecnología fotovoltaica, las áreas pobladas no constituyen barreras, pues como se ha señalado anteriormente, estos sistemas pueden ser implementados adecuadamente dentro de los límites de las ciudades y pueblos, incluso aprovechando las superficies techadas de los edificios y casas o incorporadas en sus estructuras.

Comportamiento espacial de las normas de protección y barreras naturales de origen hídrico

El territorio de La Isla de la Juventud posea una significativa presencia de este componente, con unos 20 ríos de causes cortos y pequeño caudal, así como la existencia de 10 arroyos permanentes, 1203 arroyos y cañadas que de manera intermitente aparecen como afluentes de los ríos principales. Existen además un total 790 pequeñas presas, lagunas, estanques y embalses, 52 canales y 323 zanjas, de las cuales en tiempo de seca permanecen secas 6 de ellas.

En la zona central del territorio existen 10 áreas de inundaciones por desbordamiento de los embalses, la parte sur se caracteriza por corresponder casi en su totalidad a zonas bajas y pantanosas y en la parte centro este, existen 27 conductoras de agua soterradas [24].

Estos elementos además de caracterizar el territorio, imponen la necesidad de aplicar exigencias de estudios y análisis de su influencia en la elaboración de proyectos inversionistas, dada la necesidad de garantizar la seguridad de las instalaciones.

En la figura 14, se observan las zonas ocupadas por áreas de protección y barreras naturales de origen hídricas.

Figura 14. Zonas ocupadas por áreas de protección y barreras naturales de origen hídricas.

Fuente: Elaboración propia

Comportamiento espacial de las normas de protección y barreras naturales de origen orográfico

El territorio de La Isla de la Juventud es casi totalmente llano; pero existen algunas pequeñas elevaciones principalmente en la parte central, que presentan una inclinación superior a los 30 grados, estas generan conos de sombra que obstaculizan la eficiencia de captación de energía de los módulos solares y además por el fenómeno de la erosión, pueden provocar sinergias no deseadas en las obras de inversiones. También en la parte central del territorio existen algunos declives del terreno que por razones obvias, constituyen barreras para la implementación de los sistemas fotovoltaicos [24].

Uno de los principales renglones económicos del territorio, radica en la existencia de yacimientos de mármol que se encuentran en explotación y que también constituyen barreras para el desarrollo de esta tecnología. En la figura 15, se observan las zonas ocupadas por áreas de protección y barreras naturales de origen orográfico.

Mapa del espacio territorial ocupados por áreas de protección y barreras naturales de objetivos orográficos del terreno

Figura 15. Zonas ocupadas por áreas de protección y barreras naturales de origen orográfico.

Fuente: Elaboración propia

Comportamiento espacial de las normas de protección y barreras naturales relacionadas con la capa vegetal

Cuando se describe las características del territorio de la Isla, nos refiere a la existencia de algunos pinares, predominando la vegetación de sabana y matorrales, así como un número importante de hectáreas dedicadas a otros cultivos y que constituyen la fuente principal de gestión económica de la zona.

La existencia de estas áreas boscosas y tierras de cultivo prometen una interesante perspectiva de estudio de potencial de biomasa, aspecto al que por su importancia territorial sobre su posible explotación para la producción de energía eléctrica, se debe continuar prestando especial atención, en la figura 16, se observan las zonas ocupadas por áreas de protección y barreras naturales relacionadas con la capa vegetal [17].

Figura 16. Zonas ocupadas por áreas de protección y barreras naturales relacionadas con la capa vegetal.

Fuente: Elaboración propia

Comportamiento espacial de las normas de protección y barreras naturales relacionadas con la red de viarios

A partir del 1ro de Enero del año 1959 con el triunfo revolucionario, se desarrolla una verdadera voluntad constructiva de progreso económico y social del territorio, que incluyó la conformación de una vasta estructura de cientos de kilómetros de viarios, compuesta por 2 tramos de autopista, 1 pista de aeródromos, 2 tramos de carreteras de primer orden, 7 tramos de carreteras de segundo orden, 489 caminos y 502 terraplenes, incluidas 255 calles de los poblados y asentamientos de la Isla.

Esta red de viarios posibilita las comunicaciones terrestres a lo largo y ancho de La isla, facilitando la gestión económica y social del territorio [24]. Por razones obvias los espacios ocupados por estos objetivos constituyen barreras para el desarrollo de sistemas fotovoltaicos; además se ha considerado un área de protección en las márgenes de los mismos, destinadas a garantizar la seguridad de las centrales eléctricas durante el desplazamiento de los medios de transporte por estas vías.

No obstante el poder contar con la información precisa de la existencia y características de estas vías, constituye un dato de importancia a la hora de concebir un proyecto inversionista, pues estas permiten la transportación de los materiales de construcción, la tecnología, insumos, fuerza de trabajo, medios de protección y otros recursos necesarios hasta los lugares donde se ejecutarán las obras, evitando gastos innecesarios en construcción de nuevas carreteras y caminos, logrando optimizar los recursos territoriales, reduciendo los impactos medioambientales y minimizando los costos. En la figura 17, se observan las zonas ocupadas por áreas de protección y barreras naturales relacionadas con los viarios.

Figura 17. Zonas ocupadas por áreas de protección y barreras naturales relacionadas con los viarios.

Fuente: Elaboración propia

Criterio de viabilidad del territorio de La Isla de la Juventud para la introducción de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red.

Áreas no viables

La evaluación de la influencia que ejercen en el espacio del territorio los criterios de protección y las barreras naturales anteriormente estudiadas, ha permitido la deducción de las áreas no viables para la introducción de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica.

El análisis de la información contenida en la base de datos del sistema ha permitido calcular que las zonas no viables ocupan un área total de 2 004 km2, que representa el 83,6 % del espacio territorial de la Isla [17]. En la figura 18, se pueden observar las áreas del territorio que no son viables para la introducción de esta tecnología.

Figura 18. Áreas no viables para la instalación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica.

Fuente: Elaboración propia

Áreas viables

Con similar procedimiento que el detallado anteriormente se pudo determinar y calcular el espacio territorial que presentan condiciones de viabilidad para la implementación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red, existiendo un total de 391 km2 para el 16,4 % del territorio [17]. En la figura 19, se pueden observar las áreas del territorio que corresponden a zonas viables para la introducción de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red.

Figura 19. Áreas viables para la instalación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica.

Fuente: Elaboración propia

Influencia de los criterios de viabilidad en el empleo del potencial solar global

Los recursos energéticos renovables se encuentran distribuidos e incorporados al espacio geográfico de La Isla, de ahí la importancia del estudio de los criterios de viabilidad, por la influencia que ejercen en la posibilidad de utilización del territorio para acometer las inversiones relativas a los sistemas fotovoltaicos conectados a la red.

Una vez determinadas las áreas viables y elaborada la información del potencial solar global, se está en condiciones de realizar el análisis de empleo de este último en función del desarrollo de estos sistemas.

El manejo de los datos sometidos al proceso de análisis, permitió determinar el estudio de un área equivalente a 376 km2, pudiendo definir que las áreas con mejor radiación solar se encuentran en la parte norte, con valores entre 5,43 a 5,70 KWh/m2 día y que en la parte centro los valores de radiación corresponden entre 5,16 a 5,36 KWh/m2 día.

Se ha podido calcular además, que en estas áreas incide un potencial solar capaz de generar una energía equivalente a 2.053 GWh/día, con un promedio de 5,46 kWhm2/día y una potencia de 1,092 kW/m2 [17]. En la figura 20, se puede observar la

influencia de los criterios de viabilidad territorial, en función de valorar el comportamiento del potencial solar global que incide en el territorio de La Isla de la Juventud.

Figura 20. Influencia de los criterios de viabilidad en el empleo del potencial solar de La Isla de la Juventud.

Fuente: Elaboración propia

Determinación del nivel de eficiencia del sistema fotovoltaico considerando el sistema de redes eléctricas

Son muy diversos los componentes del estudio económico de proyectos para la implementación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red, entre estos revisten una especial importancia el análisis de la conectividad, por su influencia en el logro de la eficiencia de los sistemas.

Este elemento predispone la realización de un análisis del sistema de redes eléctricas del territorio, su categoría, estado técnico y la distancia de estas hasta los lugares donde se pretende introducir el sistema fotovoltaico, los que constituyen datos de análisis obligado durante el estudio.

De la distancia de los sistemas hasta la red, dependen factores de un elevado impacto económico debido a la construcción de nuevos lineales, subestaciones y otras estructuras o componentes que tienen realzados costos en el mercado; para que se tenga una idea aproximada; el costo actual de un kilómetro de líneas eléctricas incluidos sus componentes oscila en terrenos llanos en 20000 CUC y en terrenos montañosos 22000 CUC.

Otro de los problemas a tener en cuenta está relacionado con la reducción de las pérdidas por concepto de la transportación y distribución de la energía eléctrica, considerando que a mayor distancia de la central a la red se incrementan las perdidas, aspecto muy sensible si se trata de inversiones fotovoltaicas, que por sus altos costos de inversión y los bajos rendimientos de las celdas captadoras de la energía solar, requiriendo en su aplicación de medidas que garanticen una elevada eficiencia energética del sistema de generación y conectividad a la red.

En este sentido se ha considerado como distancia aceptable para el territorio de La Isla de la Juventud, en el caso de las centrales fotovoltaicas pequeñas una distancia no mayor a los 4 kilómetros, para centrales medianas hasta 6 kilómetros y para las grandes centrales hasta 8 kilómetros [7]. En la figura 21, se puede observar el modelo a escala cromática de las distancias desde las redes eléctricas a 1, 2, 4, 6 y 8 kilómetros, tomando como referencia las redes existentes y la relación entre estas y las zonas viables para la implementación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red.

Figura 21. Eficiencia para la instalación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red en relación con las líneas eléctricas.

Fuente: Elaboración propia

Con este objetivo se ha podido calcular el área viable del espacio territorial donde pueden ser instaladas las centrales fotovoltaicas conectadas a la red, teniendo en cuenta la distancias de las líneas eléctricas.

En las figuras 22-A, 22-B, 22-C, 22-D y 22-E, se pueden observar los mapas de las zonas viables para la instalación de las centrales eléctricas fotovoltaicas a distancias de 1, 2, 4, 6 y 8 kilómetros respectivamente de las líneas eléctricas.

Se puede apreciar las posibilidades que ofrece el territorio para garantizar una elevada eficiencia de los sistemas de generación en relación con los puntos más próximos para la conectividad a la red [17].

Se pudo determinar, que en los lugares próximos al sistema de redes eléctricas de La Isla de la Juventud, existen 376 km2 de áreas viables para la instalación de las centrales fotovoltaicas conectadas a la red, donde incide una radiación solar promedio 5,46 KWh/m2 día, con una energía equivalente a 2053 GWh/día y una potencia promedio de 1,092 KW [17], por lo que existen condiciones de viabilidad para la introducción de esta tecnología a gran escala, principalmente en las zonas hasta 4 kilómetros de distancia de las líneas eléctricas, en la tabla 5 se muestra un resumen de datos estadísticos sobre la factibilidad territorial y el comportamiento del potencial solar para las inversiones en sistemas fotovoltaicos conectados al sistemas en zonas próximas a las redes eléctricas.

Tabla 5. Resumen de datos estadísticos sobre la factibilidad territorial y el comportamiento del potencial solar para las inversiones

Fuente: Elaboración propia

Determinación del nivel de eficiencia de los sistemas fotovoltaicos, considerando el sistema de distribución existente en el territorio

Otro de los elementos que puede influir en el análisis de la factibilidad económica para la introducción de tecnologías fotovoltaicas conectadas a la red, lo constituyen su proximidad al sistema de distribución de energía eléctrica existente, pues de poderse aprovechar estas estructuras que ya se encuentran construidas y formando parte de las CE en explotación, no tendría que invertirse por este concepto, además de reducir el impacto medioambiental asociado a la inversión de nuevas obras.

Los sistemas de distribución constituyen elementos importantes de gastos económicos durante el proceso inversionista. Las CE que hoy se encuentran en funcionamiento, ofrecen condiciones de conectividad al sistema de la energía que pueda generarse con las centrales fotovoltaicas, incluso superiores a los parámetros que brindan las redes eléctricas. Este escenario favorece la introducción de los sistemas fotovoltaicos, reduciendo los gastos de la inversión y el nivel de impacto medioambiental; solo cabe analizar la conveniencia de ampliación o adaptación de la subestaciones, en función del aumento de potencia o algunos cambios a introducir que resulten necesarios.

3 Fotovoltaicas

De lo antes planteado se infiere la importancia del análisis, sobre la distancia de la central fotovoltaica que se proyecta hasta el punto de conexión y que estaría dirigido a garantizar la reducción de las pérdidas de energía, durante su distribución y transmisión hasta el punto de consumo, recomendándose que para el territorio de La Isla de la Juventud, mantener como distancia aceptable las siguientes; para las centrales fotovoltaicas pequeñas una distancia no mayor a los 4 kilómetros hasta el punto de conexión, para centrales medianas hasta 6 kilómetros y para las grandes centrales hasta 8 kilómetros.

Se puede estudiar además, la factibilidad organizacional, técnica y de dirección que ofrecen las estructuras creadas en las CE que se encuentran funcionando, pues al concebirse la instalación de sistemas fotovoltaicos en zonas muy próximas o cercanas de estas, pudiera valorarse la subordinación de los sistemas renovables a las centrales Diesel, evitándose con ello la creación de nuevos cargos, principalmente el personal de dirección y servicios, requiriéndose solo la capacitación y superación del personal existente en el manejo de esta tecnología.

Formando parte de la matriz energética del territorio, existen 4 CE que cuentan con sus respectivas subestaciones. En La Isla de la Juventud se ubican 3 que se integran en un sistema centralizado y una independiente que funciona a base de fuel oil en Cayo Largo del Sur [12]. En la figura 23 se observan las CE del territorio que se encuentran en explotación.

Dado el impacto económico que revisten los elementos abordados anteriormente, dedicaremos un espacio de estudio sobre las posibilidades de instalación de centrales fotovoltaicas en lugares muy próximos o cercanos a las CE Diesel ubicadas en La Isla de la Juventud, que es donde se concentra la mayor demanda de electricidad y donde más urge aliviar el consumo de combustible que hoy se dedica a la generación de electricidad.

Figura 23. Mapa del territorio de La Isla de la Juventud
con las Centrales Eléctricas que se encuentran en funcionamiento

Fuente: Elaboración propia

El estudio se fundamenta, en base a las posibilidades que ofrece el espacio territorial, para acometer inversiones de centrales fotovoltaicas conectadas a la red en sitios muy próximos o cercanos a las centrales Diesel. Esta información constituye el punto de partida, en el complejo proceso de toma de decisiones por las autoridades facultadas del territorio y del país, para la implementación de sistemas fotovoltaicos conectados a la red.

Viabilidad para la instalación de centrales fotovoltaicas en áreas próximas a la Central eléctrica Gerona Soviética

La central Diesel Gerona Soviética es la insignia de la institución eléctrica del territorio, se encuentra ubicada en la parte noreste de la isla, muy próxima a Nueva Gerona, que constituye el principal núcleo poblacional del territorio y donde se concentra un peso significativo en el consumo de energía eléctrica, de su funcionamiento depende en gran medida la estabilidad del servicio eléctrico del territorio, su potencia es de 12,8 MW y está integrada por 8 motores Diesel. En ella se concentra el mayor consumo de combustibles y lubricantes [12].

La zona donde se ubica recibe una radiación solar equivalente a 5,698 KWh/m2 día, siendo de los más elevados del territorio. En los alrededores de la CE a distancias entre 1 y 8 kilómetros se encuentran áreas suficientes para la instalación de sistemas fotovoltaicos conectados a la red [17]. En la tabla 6 se pueden apreciar los datos estadísticos del comportamiento del potencial solar y la factibilidad territorial a diferentes distancias de la CE Gerona Soviética para la implantación de pequeños, medianos y grandes centrales fotovoltaicas.

Tabla 6. Resumen de datos estadísticos sobre el comportamiento del potencial solar y la factibilidad territorial para las inversiones en áreas próximas a la central eléctrica Gerona Soviética.

Fuente: Elaboración propia