Estudio de prefactibilidad para el Aprovechamiento Energético mediante Sistemas de Micro Generación Hidroeléctrica en líneas de agua potable para el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados

Informe de Práctica de Especialidad (Licenciatura en Mantenimiento Industrial) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Electromecánica, 2019.Debido al potencial hidroeléctrico presente en los sistemas de acueductos alrededor de Costa Rica, se plantea el proyecto titulado: Estudio de prefactibilidad para el aprovechamiento energético mediante Sistemas de microgeneración hidroeléctrica en líneas de agua potable para el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados; el cual busca presentar una vía para optar por soluciones que sean técnica, financiera y ambientalmente factibles en el aprovechamiento de los excedentes de energía del Acueducto de Pérez Zeledón, con la finalidad de obtener mayor eficiencia y, por ende, rentabilidad del negocio sin perjudicar el medio ambiente. El Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (AyA) no está facultado legalmente para comercializar toda la energía eléctrica que genere, pero sí puede aprovecharla para el abastecimiento de sus sistemas operativos y almacenar sus excedentes en la red de distribución eléctrica del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) según la Ley 7200. Por su parte, el Acueducto de Pérez Zeledón posee varios sistemas donde se puede aprovechar la energía hidráulica sobrante y convertirla en electricidad; sin embargo, la mayoría de estos puntos se encuentran lejos de los sistemas de consumo de la institución, lo que imposibilita el autoabastecimiento. Dadas estas condiciones, se ha seleccionado la planta de tratamiento de agua potable como el sitio para desarrollar el siguiente estudio, lugar donde se encuentran instalados en la actualidad, sistemas consumidores de energía y donde se presenta un excedente de esta, el cual se puede aprovechar. El análisis realizado en el estudio es cuantitativo, ya que mediante una serie de mediciones de variables hidráulicas se determina el caudal de diseño (135 l/s), la caída de agua (19,88 m.c.a) y la potencia hidráulica aprovechable en el sistema, la cual se aproxima a los 21 kW. Con estos datos se puede iniciar un análisis del mercado, donde, según los equipos y niveles de tensión disponibles, se seleccionó el sistema que mejor se adapta para la implementación. 2 Del análisis efectuado, se recibió una oferta proveniente de la empresa Tecnoturbines, la cual ofrece una microturbina de su propia marca, modelo Hydroregen de 14,5 kW, para red monofásica; dicha microturbina se instalará en paralelo a la tubería de entrada de la planta, permitiendo el flujo de agua en caso de salir de operación. Posterior al análisis técnico, se realizó la cuantificación de los costos de inversión, ahorros y demás indicadores, correspondientes al análisis financiero, del cual se rescata una inversión total del proyecto cercana a $ 81.000. Para tal efecto se realizó el flujo de efectivo correspondiente a 25 años, que representa la vida útil de la turbina, evaluando el proyecto en dos escenarios. El primer escenario corresponde a la ejecución del proyecto utilizando recursos institucionales para la inversión y el segundo escenario es el mismo proyecto, pero utilizando un financiamiento reembolsable poco atractivo. Se obtuvo como resultado tasas internas de retorno de 5% y 2% respectivamente, resultando más atractivo para la inversión el primer escenario con inversión propia. Ambientalmente se realizó un cálculo de las emisiones de toneladas de CO2, que se evitarían mediante la implementación de este proyecto y se obtiene como resultado aproximadamente 2,54 TonCO2 / Año de forma directa (emisión de sistema de generación eléctrica de combustible fósil). Por último, se exponen una serie de conclusiones y recomendaciones obtenidas del análisis global del proyecto con las que se determina que existe viabilidad para la implementación de la turbina en las condiciones planteadas.Due to the hydroelectric potential present in the aqueduct systems around the country, is proposed the following "Pre-feasibility Study for the Energy Use by Hydroelectric Micro Generation Systems in Drinking Water Lines for the Costa Rican Institute of Aqueducts and Sewers" which seeks to present a way to opt for solutions that are technically, financially and environmentally feasible in the use of the extra energy of the Perez Zeledón’s Aqueduct, in order to obtain greater efficiency and, therefore, success of the business without harming the environment. The AyA is not legally authorized to commercialize all the electric power that it can generate, but it can take advantage of it to supply its operating systems and store its surpluses in the electric distribution network of ICE according to Law 7200. In the Pérez Zeledón’s Aqueduct, are several systems where you can take advantage of hydraulic energy and convert it into electricity; however, most of these points are far from the Institution's consumption systems, which makes self-sufficiency impossible. Given these conditions, the Potable Water Treatment Plant has been selected as the site to develop the following study, where they are currently installed, energy consuming systems and where there is an excess of energy which can be used. The analysis carried out in the study is quantitative, since a series of measurements of hydraulic variables the design flow (135 l / s), the water fall (19.88 mca) and the Hydraulic Power that can be used in the system are determined; which approximates 21 kW. With this data, an analysis of the market can be started, where according to the available equipment and voltage levels, the system that best adapts to the implementation was selected. From the analysis carried out, an offer was received from the Tecnoturbines company, which offers a microturbine of its own brand, Hydroregen model of 14.5 kW, for single-phase network; which will be installed in parallel to the inlet pipe of the plant, allowing the flow of water in case of leaving operation. After the technical analysis, it is necessary to start quantifying the investment costs, savings and other indicators, corresponding to the financial analysis, from a total 4 investment of the project close to $ 81.000 is rescued. For this purpose, the cash flow corresponding to 25 years was made, which represents the useful life of the turbine, evaluating the project in two scenarios. The first scenario corresponds to the execution of the project using institutional resources for investment and the second scenario is the same project but using an unattractive reimbursable financing. Internal rates of return of 5% and 2% were obtained, respectively, and the first scenario with its own investment was more attractive for investment. Environmentally, a calculation was made of the emissions of tons of CO2, which would be avoided through the implementation of this project, obtaining approximately 2.54 TonCO2 / Year directly (emission of fossil fuel electric generation system). Finally, a series of conclusions and recommendations obtained from the global analysis of the project are exposed, with which it is determined that there is feasibility for the implementation of the turbine under the proposed conditions