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Energía solar para la planta de tratamiento Los Alisos

Fuente: Comisión Nacional del Agua

Antecedentes

La ciudad de Nogales se encuentra ubicada en la frontera noroeste de México, en el estado de Sonora, y limita al norte con la localidad de Nogales, Arizona, Estados Unidos.

Desde 1951 ambos Nogales comparten un emisor y una Planta Internacional de Tratamiento de Aguas Residuales (PITAR), la cual se encuentra ubicada en Río Rico, Arizona, en el punto de confluencia del arroyo Los Nogales y del río Santa Cruz.

Derivado de lo anterior, el municipio de Nogales, Sonora, debe cubrir un costo para el tratamiento de sus aguas residuales, lo cual fue uno de los principales motivos para construir la planta de tratamiento de aguas residuales Los Alisos, en nuestro territorio.

Después de hacer una serie de estudios y el respectivo análisis de cada una de las alternativas presentadas, se recomendó construir la nueva planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) para una capacidad de 220 lps, en la cuenca del río Los Alisos.

Energía fotovoltaica para Los Alisos

La sustentabilidad ambiental está definida como un eje central de las políticas públicas de México. Esto implica que nuestro país debe considerar al medio ambiente como uno de los elementos de la competitividad y el desarrollo económico y social. Por medio de la utilización de fuentes de energía renovables, se puede reducir parcialmente la presión sobre los recursos naturales, particularmente causada por los combustibles fósiles y la contaminación, así como incrementar el valor agregado de las actividades económicas.

La utilización de fuentes de energías renovables es una opción que no debemos dejar escapar para incrementar la cobertura de agua potable y el tratamiento de agua en zonas alejadas del suministro de energía convencional.

En virtud de que el Programa Sectorial de Medio Ambiente y Recursos Naturales establece el desarrollo de vías alternas en materia energética, en la CONAGUA impulsamos los estudios y lineamientos de fuentes de energía renovables para la aplicación de estas tecnologías.

El uso de las fuentes de energía renovable ha sido una opción energética relativamente poco difundida en nuestro país; sin embargo, la reducida aplicación ha dado frutos en comunidades rurales de diferentes estados de la República Mexicana, donde no contaban con servicios básicos de electrificación y agua.

Asimismo, en 2008 se aprobó la Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética, lo cual permitió que México se uniera al grupo de países que cuentan con políticas públicas para fomentar el desarrollo de tecnologías para el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía.

Actualmente, a pesar de contar con zonas bastante favorables para producir energía fotovoltaica, especialmente en el noroeste de nuestro país, sólo una mínima parte se ha aprovechado para la generación de electricidad.

La energía solar es una inversión segura y económicamente ventajosa para las actividades industriales y comerciales. Por un lado, nos permite generar ingresos a largo plazo, gracias a los incentivos establecidos por el gobierno. Por otro, permite reducir la repercusión de las emisiones de CO2 y crea una imagen corporativa vinculada a la protección medioambiental. Esto garantiza un rendimiento seguro en términos de comunicación y marca la diferencia de cara al cliente final, que cada vez está más sensibilizado en términos de ecosistemas.

Dadas las características de la radiación solar en nuestro país y la tecnología existente en el mercado de módulos fotovoltaicos, es posible la construcción de un sinnúmero de proyectos para generación de energía eléctrica, la cual nos es útil para alimentar plantas de bombeo, de tratamiento, potabilizadoras y pozos.

Derivado de los estudios realizados y de la experiencia que ha logrado la CONAGUA en este tipo de tecnologías, se logró incorporar a la PTAR Los Alisos la construcción de una granja solar que permitiera generar la energía eléctrica necesaria para substituir la que demandaría normalmente del sistema eléctrico nacional.

Para la realización del proyecto fue importante considerar en el contexto energético actual, los beneficios económicos que las energías renovables han adquirido, pues contribuyen a reducir los riesgos de contaminación asociados con el uso de combustibles fósiles, favoreciendo al ambiente, y financieramente al Organismo Operador, al dejar de pagar éste la factura a la Comisión Federal de Electricidad (CFE).

En consecuencia, considerando que la zona donde está construida la PTAR cuenta con una radiación solar importante, se analizó la viabilidad técnica y económica de llevar a cabo el proyecto para proporcionar a la planta energía eléctrica generada por un sistema fotovoltaico, resultando que la energía demandada por la misma, y la ubicación del sitio donde será construido el campo fotovoltaico, son características propicias para llevar a cabo la construcción del sistema.

El proyecto ejecutivo del sistema fotovoltaico fue contratado en el mes de mayo de 2011, con Términos de Referencia realizados por la CONAGUA, en estos Términos, se solicitó a la contratista realizar el análisis de diferentes alternativas, considerando diferentes arreglos de paneles. La conclusión del estudio realizado resultó que los módulos fijos inclinados fueron los que mejores condiciones presentaron para la construcción del proyecto, debido a que con esta propuesta se obtuvieron los menores costos de instalación y máxima generación; así como una menor área requerida para la instalación de los paneles fotovoltaicos.

Para la realización del proyecto se consideraron varios estudios como:

• Determinación del recurso solar (irradiación solar).
• Tiempo (horas y meses) de operación.
• Investigación del sitio.
• Determinar la temperatura de diseño, considerando la temperatura crítica del sitio.
• Determinación de la longitud, altitud y latitud del sitio.
• Determinación de la demanda en kW.
• Determinación de la irradiación real a condición crítica.
• Determinación de la energía requerida por la planta, fuerza y servicios.
• Generación de energía eléctrica.
• Determinación de kWh por equipo y horas de servicio.
• Potencia en servicio continuo y la potencia pico o servicio intermitente.
• Trayectoria solar con la proyección de las sombras, realizando el diagrama polar y las proyecciones mencionadas.
• Planeación de la instalación.
• Preparación del sitio (civil).
• Alternativas de aplicación fotovoltaica, híbrida, etc. y su análisis.
• Selección del tipo de módulo solar, incluyendo especificaciones técnicas y parámetros de eficiencia
(factor de forma corregido a la temperatura de operación), y gráfica de tensión vs corriente, respecto de la irradiancia.
• Porcentaje de pérdidas por temperatura en cuanto a potencia, tensión de circuito abierto y corriente de corto circuito.
• Operación del sistema fotovoltaico y su análisis.
• Requerimientos de todos los dispositivos que trabajaran con energía solar.
• Dimensionamiento del arreglo, así como de su optimización.
• Instalación del arreglo solar (orientación y ángulo de inclinación).
• Selección y montaje del arreglo fotovoltaico, incluyendo seguidor en caso de ser necesario.
• Selección del inversor, incluyendo protecciones.
• Selección del tipo de inversores.
• Análisis de sincronía con la red; idénticas secuencias de fase, tensión y frecuencia, además de formas de onda en fase.

La ubicación del  sistema fotovoltaico se encuentra dentro de los terrenos donde fue construida la PTAR Los Alisos. Actualmente esta planta se encuentra funcionando y la energía que se empleará para su operación será suministrada por el sistema fotovoltaico, cuya área es de 15,000 m2, contendrá 3,920 módulos de 245 Wp, con una potencia total instalada de 960 KWp, la cual generará aproximadamente 1600 MWh/año (incluye pérdidas). Este campo fotovoltaico o granja solar, se interconectará a la red de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) a través de una línea de distribución existente de 13.2 kV.

Los módulos solares fotovoltaicos estarán integrados en arreglos para formar paneles, de un mismo modelo y de la misma potencia pico de 245 Wp, con un factor de forma igual a 0.78.

El sistema fotovoltaico generará energía en Corriente Directa que a través de cajas de conexión se realizará su distribución, la cual será en forma subterránea hasta el inversor y de ahí a una subestación elevadora de 1000 KVA208 a 13200 V. El inversor tendrá una capacidad de 1 MW 600 VCD, 15 Kv; el tablero de protecciones, equipo de control y monitoreo, estarán alojados en una caseta de control que se construirá específicamente para ese fin.

En el alcance de los trabajos, suministros y condiciones generales, se cuidó que el proyecto (planos, especificaciones, etc.) deberá ser entregado por la contratista como quede construido, y las pólizas de garantías de los equipos (inversores, módulos, etc.,) deberán ser entregadas y endosadas. Los  módulos, inversores y cajas de conexión y dispositivos serán certificados (U.L.).

Se solicitó que el transformador, tablero, equipo de medición bidireccional, etc., deberán ser de patente, el cableado y sus canalizaciones, ser adecuados de acuerdo a la normatividad vigente. Se tomará en cuenta la procuración de los equipos, incluyendo, la fabricación, inspección y embarque de acuerdo con la  misma normativa.

Además  se consideró que los módulos e inversores sean instalados, probados y puestos en servicio por el fabricante de acuerdo con lo indicado en las normas NOM, NMX, IEC y NEC, entre otras.

Igualmente, se tomó en cuenta la instrumentación necesaria para realizar las pruebas de la estructura, módulos, cajas de conexión, inversores, transformador, tablero; así como las distintas pruebas que se requieran realizar de acuerdo a la normatividad en la etapa de construcción, preoperativa y de puesta en servicio; asimismo la coordinación con la CFE y la CRE, para la interconexión a la red y puesta en servicio de la planta fotovoltaica.

La revisión de la ingeniería, incluyendo evaluaciones, observaciones técnicas y  administrativas fueron fundamentadas con base en Normas Nacionales e Internacionales, incluyendo consultas formuladas a la Southwest Technology Development Institute, New Mexico State University, Massachusetts Institute of Technology (MIT) y especialistas en energía solar; así como, Leyes y Reglamentos correspondientes, y requerimientos de la Comisión Reguladora de Energía, Comisión Federal de Electricidad e información de fabricantes.

Actualmente en el país, y en Latinoamérica, no existe precedente sobre una obra con estas características, por lo que ésta es pionera en su tipo y será la única obra de infraestructura hidráulica que operara al 100% con energía solar.

Referencias:

NOM, Normas Oficiales Mexicanas.
• UL Underwrites Laboratories.
• IEC International Electro Technical Commission.
• “Photovoltaic Systems Engineering”, Jerry Ventre.
• “Solar Revolution”, Travis Bradford MIT Cambridge, Massachusetts.
• “Solar Electricity Hanbook”, Michael Boxwell.
• ANCE Asociación Nacional de Normalización y Certificación del Sector Eléctrico.
• CFE Comisión Federal de Electricidad.
• CRE Comisión Reguladora de Energía.
• LSPEE Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica.
• NEC Natural Elecrical Code.

 

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