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POTENCIAL ENERGÉTICO RENOVABLE DE ALTA ENTALPÍA
DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO PASTAZA.
High entalpia renewable potential energy from the high basin of the Pastaza river.
Romel Palaguachi*, Mariela Moreno, Luis Añilema, Diego Damián-Carrión
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Grupo de Energias Alternativas
y Ambiente / Grupo de Investigación para el Desarrollo Ambiente y Cambio Climatico, Riobamba,
Ecuador.
*rjpc579@hotmail.com
R
esumen
Es importante que Ecuador realice diagnósticos del potencial energético renovable que posee, por lo que
el presente trabajo se realizó con datos obtenidos de estaciones meteorológicas y con ayuda del software
desarrollado por la National Renewable Energy Laboratory, denominado Modelo de Asesor del Sistema
(SAM), en el se diseñó sistemas de alta entalpia con colectores parabólicos en varias zonas de la cuenca
alta del río Pastaza, para la generación de energía eléctrica, basándose en el potencial energético solar y
al área disponible, para poder predecir lugares de posible emplazamiento de centrales termosolares que
no cause impacto negativo al ambiente. Los lugares escogidos se encuentran cercanos a vías principales,
afluentes de agua, a la red interconectada nacional y no existe intervención del hombre, estas condiciones
favorables tienen las zonas de Tunshi, ESPOCH, Chingazo, Chimborazo Sur y Chimborazo Norte. Las
zonas que generan mayor energía eléctrica en promedio, fueron Chimborazo Sur y Chimborazo Norte y
por último el análisis financiero nos proporciona una recuperación de inversión a 20 años con el precio
de generación de energía eléctrica actual establecido por Ecuador, que se pagaría la deuda de inversión, por
tanto el proyecto es viable y generará un impacto positivo en el país.
Palabras clave: Solar, Electricidad, Termosolares, Alta entalpia
It is important that Ecuador carries out a diagnosis of its renewable energy potential; therefore, the
following study was executed with data obtained from meteorological stations and with the help
of software developed by the National Laboratory for Renewable Energy, Model System Advisor
(SAM ), where high enthalpy systems with parabolic collectors were designed in various areas of
the upper basin of the Pastaza River, based on its solar energy potential and available area, to ge-
nerate electrical energy and to predict possible locations for solar thermal power plants that do not
cause a negative impact on the environment. Selected places are close to main roads, water sources,
the national interconnected electric network and there is no human intervention, these favorable
conditions are found in Tunshi, Escuela Superior Politecnica de Chimborazo (ESPOCH), Chinga-
zo, South of Chimborazo and North of Chimborazo areas. Areas with the highest energy produc-
tion on average, were South of Chimborazo and North of Chimborazo and finally the financial
analysis show a 20-year investment recovery with the current electric energy price established by
Ecuador, at which the investment debt would be paid, therefore the project is feasible and will ge-
nerate a positive impact in the country.
Keywords: Solar, Electricity, Solar thermal, High enthalpy
A
bstract
Fecha de recepción: 11-06-2019 Fecha de aceptación: 20-04-2020 Fecha de publicación: 30-07-2020
Palaguachi, Moreno, Añilema, Damián
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ISSN 2477-9105 Número 24 Vol.1 (2020)
I. INTRODUCCIÓN
Un cambio poderoso en el sector energético du-
rante los próximos años son necesarios, es decir,
las estrategias futuras deben basarse en energías
renovables como la concentración de energía
solar térmica entre otros, lo que implica plantas
más potentes de energía solar térmica (STE) en
el futuro (1). La energía es un componente de de-
sarrollo sustentable que actúa como instrumento
metodológico en el ambiente y la planicación-
gestión. La energía solar ha sido utilizada desde
la prehistoria y desarrollada a lo largo de los años
en diversas aplicaciones que van desde vasijas
de oro a colectores solares (2). En sus inicios la
generación de energía eléctrica fue realizada por
la aplicación de la energía hidráulica mediante el
aprovechamiento de la energía potencial del agua
(3), debido a su indispensabilidad se creó tecno-
logía para generar a partir de derivados del pe-
tróleo como las termoeléctricas cuyos combus-
tibles son volátiles, poco ables, limitados y muy
contaminantes (4). Los sitios ricos en energía so-
lar son un requisito esencial para la utilización de
energía más limpia, el monitoreo y la conversión
de energías renovables (5). En la actualidad se ha
visto la necesidad de utilizar energías alternati-
vas, por lo que se han ido desarrollando equipos
que tengan la capacidad de captar la energía de
fuentes renovables no contaminantes como: eó-
lica, solar, biomasa y electroquímica que han to-
mado un gran interés en el mundo a n de ser
posibles sustitutos de las energías no renovables
(4).
Uno de los principales problemas a tratar por la
sociedad es la gestión racional de los recursos
naturales, sobre todo fuentes de energía y agua
dulce, (6) por lo que la presente investigación
analiza la aplicación de tecnología solar fomen-
tando el desarrollo sostenible y la generación de
una producción de energía eléctrica limpia (7).
Aprovechando correctamente los recursos reno-
vables que se pueden transformar en importan-
tes y factibles fuentes de energía que cumplirían
con la demanda de electricidad en los países en
desarrollo como lo es el Ecuador. Los satélites
meteorológicos geoestacionarios han sido utili-
zados para lograr conabilidad, información de
radiación solar y solar Mapas de radiación. Estos
satélites tienen la ventaja de escanear Área gran-
de con alta resolución espacial y temporal (8).
Según estudios si se aprovechara al máximo la
energía solar que llega a la supercie de la tierra,
se proporcionaría 7900 veces más energía de la
que se consume actualmente a nivel mundial y
que en promedio global, cada metro cuadrado de
tierra que recibe suciente luz solar puede gene-
rar 1700 kW-h (kWh) de energía cada año. La
energía solar, es un tipo de energía renovable y
el más abundante, accesible y gratuito para todo
el mundo, mediante equipo especial se puede
transformar en energía eléctrica y térmica (9). A
nivel mundial se ha incrementado el investigar el
potencial solar en zonas como el estudio en Co-
lombia con costo- benecio, en el que se obtuvo
un potencial de absorción de 331W por día en
un área de 1 m
2
(10), Buenos Aires con el estudio
de aplicación de energías renovables y lograr la
eciencia energética al uso de sistemas solares en
diferentes hábitats (11), España con sus constan-
tes estudios y su marco legislativo que permite
la viabilidad económica de las centrales solares
termoeléctricas bajo diferentes tipos de tecnolo-
gías como: centrales de torre, tecnologías cilin-
dro parabólicas, concentrador lineal fresnel entre
otros (12). Cuba con su propuesta de una central
eléctrica termosolar con acumulación de ener-
gía en un proyecto de 50 MW y su evaluación
económica, importancia y rendimiento (13). La
India en el estudio del diseño y la evaluación del
rendimiento del sistema solar fotovoltaico / tér-
mico, muestran que los datos satelitales sobrees-
timan los datos medidos en la supercie entre 10
y 15% para siete ubicaciones, mientras que, para
las cuatro restantes estaciones, es entre 7 y 9.5%
(14). O en Ecuador en la provincia de Manabí
donde se realizó un análisis conceptual y un es-
quema energético del potencial solar para la in-
troducción de tecnología fotovoltaica (15).
El presente estudió también fue desarrollado en
Ecuador, se analizó el potencial solar en toda la
cuenca alta del Río Pastaza mediante imágenes
satelitales y recolección de variables meteoroló-
gicas de estaciones automáticas ubicadas en di-
ferentes puntos de las provincias con datos de
radiación directa (DNI) en promedio de hora, en
lugares alejados a las estaciones se utilizó datos
satelitales, de la National Renewable Energy La-
77
boratory determinamos 5 zonas de posibles em-
plazamientos ubicadas en la provincia de Chim-
borazo de las cuales P4 y P5 correspondientes a
Chimborazo Sur y Chimborazo Norte, las cuales
generan mayor energía eléctrica, en promedio
de 90 y 81 GWh/anual respectivamente. Para la
elección de turbinas de vapor se considera lo si-
guiente (16):
• Reacción o acción.
• Multietapa o monoetapa.
• Axiales o radiales.
• Según si existe o no extracción de vapor antes
de llegar al escape. (contrapresión, escape libre o
condensación) (16).
Se eligió turbinas de la SERIE SST-SIEMENS
para el estudio y un colector parabólico de serie
Solargenix SGX-1.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Recolección de información y base de datos.
La presente investigación se realizó utilizando
los datos de estaciones meteorológicas y sateli-
tales; el GEAA está encargada del monitoreo de
11 estaciones y tiene acceso a una red de otras
estaciones las que están a cargo instituciones
nacionales entre las que sobresalen: La Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH),
Universidad Nacional de Chimborazo (UNACH)
y la Universidad de Cuenca (UCUENCA), el
Ministerio de Electricidad y Energía Renovable
(MEER), la Secretaria Nacional de Educación
Superior (SENESCYT), entre otras. En la provin-
cia de Chimborazo se han instalado estaciones
meteorológicas con varios sensores que miden
variables como: velocidad de viento, radiación
solar global, temperatura, precipitación, entre
otras (17).; mediante este monitoreo existe solo
cuatro meses al año de periodo húmedo pero los
promedios de radiación en estos meses es alrede-
dor son superiores al mínimo recomendado de
1800W/m
2
(18) y la concentración de radiación
solar es alta en estos sitios (19) y la velocidad de
viento tiene promedios anuales altos en los pun-
tos P4 y P5 (20) se podría implementar una plan-
ta hibrida.
La información meteorológica se transmitió des-
de la estación meteorológica hacia un servidor
(FTP) Protocolo de Transferencia de Archivos, la
información recibida fue un archivo de texto pla-
no en formato REF, dicha información fue pro-
cesada en una base de datos y que puede ser des-
cargada por los usuarios como hojas electrónicas
de Excel. Cabe recalcar que la información envia-
da al servidor FTP son datos promedio de hora.
Para toma de datos en puntos que no están cerca
de una estación meteorológica se optó por reali-
zar una descarga de bases satelitales. La cuenca
del río Pastaza se cubrió con imágenes de 1 km
2
de pixcel descargadas del servidor National Re-
newable Energy Laboratory (NREL) por medio
del soware System Advisor Model (SAM) con
la ubicación y promedio de DNI anual como se
muestra en la Fig. 1
Análisis de las posibles zonas de emplazamien-
to, radiación solar y topografía
Se utilizó la base de datos de radiación solar pro-
venientes del centro (NREL) imágenes y regis-
tros satelitales con ello se pudo determinar las
zonas más adecuadas para la implementación de
las centrales termosolares (ver tabla 1) (21), fue-
ron considerados y validados los datos de DNI
de las estaciones meteorológicas; En el caso par-
ticular de los puntos de P4 y P5 poseen mayores
áreas y un gran potencial solar.
Sigla
Lugar
Altitud
(m)
Presión
atmosferica
(hPa)
Temperatura
Ambiente Pro-
medio(ºC)
P1 TUNSHI 2692 1,019 14,1
P2 ESPOCH 2809 1,017 14
P3 CHINGAZO 2689 1,017 14,2
P4
CHIMBORAZO
SUR 4627 1,012 15
P5
CHIMBORAZO
NORTE 4127 1,013 10
Tabla 1. Especicación de los sitios
Fuente: GEAA-ESPOCH, 2017
Caracterización energética de los emplaza-
mientos.
Mediante la herramienta de ArcGis 10.2 se vi-
sualizó el raster del Ecuador con un Datum
WGS_1984_UTM_Zona_16 y 17 S el cual fue
descargado del NREL. Al cual se realizó una
extracción del área de estudio de la cuenca alta
Palaguachi, Moreno, Añilema, Damián
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del río Pastaza mediante la herramienta extract
by mask para visualizar las zonas planas de gran
tamaño con potencial alto de DNI para la imple-
mentación de las centrales termosolares; una vez
determinado estas zonas se procedió a insertar
los puntos de interés y la respectiva escala de in-
tensidad en KWh/m
2
/día como se muestra en la
gura 1.
Cálculo de potencia de generación
Con el sofware SAM, se escogió la herramienta
CSP Parabolic Trough (empirical) con el módu-
lo LCOE calculator (FCR method), en el menú
(Location and Resource) se ingresó un archivo
de tipo csv con los datos meteorológicos de cada
punto escogido, en el menú (Solar Field) se pro-
gramó las condiciones de físicas de lugar como:
el área disponible, condiciones térmicas del ui-
do de trabajo, condiciones ambientales y orien-
tación de los colectores solares. Para el menú
(collectors(SCAs)) se ingresó la serie Solargenix
SGX-1 que corresponde a un colector parabólico
cuyas propiedades se muestran en la tabla 2, en
el menú (Power Block) se determina la potencia
de la turbina en megavatios (MW) que se puede
instalar en CSP (planta solar de cilindros parabó-
licos). En el caso de las zonas de Chimborazo son
las que mayor potencia de generación, se pueden
instalar llegando casi a los niveles de generación
de la CSP LA RISCA ubicado en España, esta po-
see un bloque de potencia instalado de 50MW
y produce un valor de unos 102GW al año (12).
Basados en los resultados de potencia se deter-
minó la elección del tipo de turbina de vapor más
adecuada (22) como se muestra en la Tabla. 3. Y
nalmente en el menú (Finantial Parameters) se
ingresó valores del costo de la CSP con los va-
lores de operación anual; variándoles estos para
llegar a un valor de 9 centavos de dólar ameri-
canos como de base de venta por KW a lo que
compra el país.
.
Tabla 2. Característica técnica del colector solar
Fuente: SAM
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Con el análisis de los datos (Véase g.1) se bus-
có 5 sitios ideales de fácil acceso para la imple-
mentación de este tipo de CSP las cuales están
ubicadas en la cuenca alta del río Pastaza, con
diferentes capacidades; considerando que cada
punto dispone de un diferente potencial energé-
tico a causa del área disponible y su recurso Solar.
Se descartó las zonas menores a 1.800 kWh/m
2
de DNI (23) debido a la nubosidad que existe en
el lugar y como sugerencia en otros estudios rea-
lizados en otros países (13).
Tabla 2. Vista general de los Puntos de Interés y su potencial DNI. Fuente: GEAA-ESPOCH 2017
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La implementación en los lugares se propone de
la siguiente manera: En la zona de la P1 y P2 cu-
yos terrenos pertenecen a la ESPOCH se plantea
proyectos demostrativos a baja escala con gene-
ración de energía eléctrica para autoconsumo
institucional. La Zona P3 está pensado para abas-
tecer el consumo local como apoyo la pequeña
industria. Las zonas P4 y P5 serán consideradas
para generación conectada al sistema nacional de
Red Eléctrica.
la gráca 1, muestra los datos de promedio (DNI)
en W/m2 de los puntos escogidos para cada mes
del año. Se encuentra una mayor radiación en el
mes de agosto especialmente en los puntos P4 y
P5. Y una baja radiación en el mes de marzo para
todas las zonas escogidas (24).
Como datos adicionales se debe considerar
que se puede aumentar la capacidad de genera-
ción eléctrica en las zonas de Tunshi, Chingazo,
Chimborazo Sur y Chimborazo norte; pero esto
implicaría remoción de terreno para aumentar el
área de captación la cual conlleva el aumento de
gasto en la implementación.
Gráca 1. Promedio mensual de radiación en W/m
2
de los puntos selec-
cionados
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
Agosto existe la mayor concentración de DNI
en promedio en las Zonas Chimborazo Norte, la
menor concentración en promedio anual de DNI
es en el mes de abril la zona de Tunshi. Todos los
emplazamientos están cerca de una vía principal
por lo que son de fácil acceso para su implemen-
tación.
Topografía de los puntos de interés.
En las Figuras 2, 3, 4, 5, 6, se muestran las áreas
disponibles en cada zona seleccionadas; para su
selección se consideró los parámetros de nivel de
radiación, cercanía a una vía principal y topogra-
fía del terreno (plano).
Figura 2. Topografía de TUNSHI
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
Figura 3. Topografía de la ESPOCH
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
Figura 4. Topografía de Chingazo Fuente:
GEAA-ESPOCH. 2017
Palaguachi, Moreno, Añilema, Damián
80
ISSN 2477-9105 Número 24 Vol.1 (2020)
Figura 5. Topografía de Chimborazo Sur
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
Figura 6. Topografía de Chimborazo Norte
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
La gráca 2 muestra los datos de promedio de
generación eléctrica en KW/h para cada mes del
año las zonas de Chimborazo tienen el porcen-
taje más alto de generación eléctrica conside-
rando que estas dos zonas tienen un área dispo-
nible mayor a los 3 puntos restantes. En el caso
del punto P2 (ESPOCH), se implementaría una
planta de tipo demostrativa y para el uso del mis-
mo campo universitario debido a la pequeña área
que se dispone.
Figura 6. Comparación de la generación eléctrica de los 5 puntos.
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
T SST-SIE-
MENS
1. TURBINA SST-150 PARA 3 Y 7 MW
2. TURBINA SST-200 PARA 10 MW
3. TURBINA SST-400 PARA 35MW
4. TURBINA SST-300 PARA 45 MW
Tabla 2. Tipo de Turbinas
Fuente: SIEMENS
Las grácas 3, 4, 5, 6 y 7 muestran la selección
del bloque de potencia en MW para cada zona
mediante iteración. Con el objetivo de buscar un
valor máximo de cada curva.
Gráca 3. Cálculo de potencia en P1.
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
Gráca 4. Calculo de potencia en P2.
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
Gráca 5. Cálculo de Potencia de P3.
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
Gráca 6. Calculo de potencia en P4.
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
81
Gráca 7. Calculo de potencia en P5.
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
La realización de las curvas de Power Block con
respecto a la Generación Anual de Energía Eléc-
trica de basó en función del área escogida y con
ella se determinó la mejor turbina para una ma-
yor generación en 8 puntos distintos de MW, se
llegó a determinar cuál sería la capacidad de ge-
neración más adecuada para aprovechar al máxi-
mo el área que no esté sobredimensionado ni mi-
nimizado la capacidad del Power Block.
La cantidad de energía producida depende del ta-
maño del área disponible en la gráca 8. Se ilus-
tra el promedio de radiación y generación eléc-
trica al año en donde: el punto P2 tiene la más
baja generación, sin embargo, su promedio de
radiación es aproximadamente igual a los puntos
P4 y P5 los cuales estos generan mayor energía
eléctrica, mediante la herramienta de ArcGis se
dedujo que P4 era el área más grande.
Gráca 8. Comparación de la cantidad de radiación con la energía eléctrica
producida en función del área.
Fuente: GEAA-ESPOCH. 2017
Resumen
LUGAR NOMBRE ÁERA (m
2
) ANUAL DNI (W/M
2
) GENERACION ANUAL (GWH) POWER BLOCK (MW)
P1 TUNSHI 187500 1512227,00 9.163 7
P2 ESPOCH 22500 1933575,00 5.396 3
P3 CHINGAZO 283280 1660403,00 16.189 10
P4 CHIMBORAZO SUR 1390000 1746379.00 90.953 45
P5 CHIMBORAZO NORTE 840000 1978486.00 81.954 35
Tabla 4. Propiedades energéticas de los puntos
Fuente: GEAA-ESPOCH, 2017
Análisis Financiero
Los parámetros del análisis nanciero se plantea-
ron en base a la teoría de conservación de tecno-
logías renovables (25). En la tabla 3. Se muestra
un resumen de las variables nancieras, además
considerando una inación promedio de 2.94%
en base de los datos desde el año 2008 hasta el
2018 (26), en estos estudios se realizó la simu-
lación considerando un endeudamiento total,
basado en los 5 lugares escogidos para el empla-
zamiento.
LUGAR NOMBRE COSTO APROXIMA-
DO ($)
ANÁLISIS PERIO-
DICO (AÑO)
TASA DE RETORNO
(%ANUAL)
TASA DE INTE-
RES (%ANUAL)
COSTO DE OPE-
RACIÓN ($)
P1 TUNSHI 22.955.534,00 25 15 4 415.799,00
P2 ESPOCH 13.218.093,00 25 13 4 178.199,00
P3 CHINGAZO 39.809.339,00 20 13 5 534.599,00
P4 CHIMBORAZO
SUR
225.552.534,00 20 13 4 2.386.000,00
P5 CHIMBORAZO
NORTE
202.597.281,00 20 13 4 2.079.000,00
Tabla 4. Especicación de los sitios
Fuente: GEAA-ESPOCH, 2017
IV. CONCLUSIONES
Mediante sensores remotos y la validación con
las estaciones meteorológicas, hemos seleccio-
nado 5 zonas de posibles emplazamientos; de las
cuales las P4 y P5 que corresponden a Chimbo-
razo Sur y Chimborazo Norte, generan mayor
energía eléctrica, en promedio de 90 y 81 GWh/
Palaguachi, Moreno, Añilema, Damián
82
ISSN 2477-9105 Número 24 Vol.1 (2020)
anual respectivamente. En cuanto al análisis -
nanciero se lo realizó modicando las variables
del mismo, para equiparar con el precio (KWh)
actual del Ecuador que es de 9,33 centavos de
dólar americano; donde el cálculo se realizó asu-
miendo un endeudamiento total y la recupera-
ción de la inversión en 20 años a una inación de
2.5% por cada año; por lo que el proyecto resulta
aplicable y con impacto positivo para el medio
ambiente.
V. AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Grupo de Energías Alternativas y
Ambiente por su apoyo en la redacción de este
artículo.
R
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