Diseño de una comunidad energética en zonas no interconectadas: Un caso de estudio en Nazareth y Puerto Estrella
Esta tesis aborda el déficit de servicio eléctrico en las Zonas No Interconectadas (ZNI) de Nazareth y Puerto Estrella (Uribia, Colombia), una región con un 96% de población indígena Wayúu que recibe de 6 a 16 horas de servicio discontinuo desde una central de poligeneración diésel-fotovoltaica. Se...
- Autores:
-
Ardila Cruz, Sebastian
Barrios Franco, José David
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/30932
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/30932
- Palabra clave:
- Energy engineering
Technological innovations
Energy
Energy management
Energy communities
Sustainability
Optimization
Energy community manager
Demand Response
Energy management system
Energy managment model
Energy resources
Energy supply services
Supply and demand
Ingeniería en energía
Innovaciones tecnológicas
Energía
Recursos energéticos
Servicios de suministro de energía
Oferta y demanda
Gestión de la energía
Comunidades energéticas
Sostenibilidad
Optimización
Gestor de la comunidad energética
Sistema de gestión de la energía
Respuesta a la demanda
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- License
- http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
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Esta tesis aborda el déficit de servicio eléctrico en las Zonas No Interconectadas (ZNI) de Nazareth y Puerto Estrella (Uribia, Colombia), una región con un 96% de población indígena Wayúu que recibe de 6 a 16 horas de servicio discontinuo desde una central de poligeneración diésel-fotovoltaica. Se diseña y evalúa una Comunidad Energética (CE) bajo un modelo de autogeneración colectiva y gobernanza cooperativa, adaptado a las tradiciones locales. El componente central de la propuesta es un Sistema de Gestión Energética (SGE) basado en un modelo de optimización de Programación Lineal Entera Mixta (MILP), cuyo objetivo es minimizar los costos asociados a la generación (principalmente a compra de combustible para los generadores Diesel). Este modelo se implementa con una estrategia de horizonte móvil para gestionar la planificación de un año completo (8760 horas), logrando extender el suministro eléctrico a 24 horas continuas mediante la gestión óptima del despacho y el almacenamiento de energía, basado en EGEs (Estrategias de Gestión de la energía) como seguimiento a la demanda, seguimiento al ciclo de carga de baterías y gestión a la demanda. Adicionalmente, se demuestra, a partir de una caracterización del potencial energético local, que la integración de un aerogenerador permite eliminar el uso de la generación diésel durante la operación normal, remitiéndolo a un sistema de respaldo para contingencias. El desempeño de la CE se evaluó mediante indicadores técnicos, económicos y sociales (Margen de Reserva [MR], Índice de Energía No Suministrada [IENS], SOC1, SOC2, ECO13, ENV1) a través de tres escenarios de crecimiento de la demanda (pesimista, conservador y optimista). Los resultados indican que la CE gestionada por el SGE cumple las metas de desempeño para todos los indicadores en los tres escenarios, con la excepción del indicador social SOC1, cuyas razones se analizan en el documento. Se concluye que el modelo de CE propuesto representa una alternativa técnica y económicamente viable para alcanzar la autonomía energética en comunidades remotas con características similares. |
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Se diseña y evalúa una Comunidad Energética (CE) bajo un modelo de autogeneración colectiva y gobernanza cooperativa, adaptado a las tradiciones locales. El componente central de la propuesta es un Sistema de Gestión Energética (SGE) basado en un modelo de optimización de Programación Lineal Entera Mixta (MILP), cuyo objetivo es minimizar los costos asociados a la generación (principalmente a compra de combustible para los generadores Diesel). Este modelo se implementa con una estrategia de horizonte móvil para gestionar la planificación de un año completo (8760 horas), logrando extender el suministro eléctrico a 24 horas continuas mediante la gestión óptima del despacho y el almacenamiento de energía, basado en EGEs (Estrategias de Gestión de la energía) como seguimiento a la demanda, seguimiento al ciclo de carga de baterías y gestión a la demanda. Adicionalmente, se demuestra, a partir de una caracterización del potencial energético local, que la integración de un aerogenerador permite eliminar el uso de la generación diésel durante la operación normal, remitiéndolo a un sistema de respaldo para contingencias. El desempeño de la CE se evaluó mediante indicadores técnicos, económicos y sociales (Margen de Reserva [MR], Índice de Energía No Suministrada [IENS], SOC1, SOC2, ECO13, ENV1) a través de tres escenarios de crecimiento de la demanda (pesimista, conservador y optimista). Los resultados indican que la CE gestionada por el SGE cumple las metas de desempeño para todos los indicadores en los tres escenarios, con la excepción del indicador social SOC1, cuyas razones se analizan en el documento. Se concluye que el modelo de CE propuesto representa una alternativa técnica y económicamente viable para alcanzar la autonomía energética en comunidades remotas con características similares.LISTA DE FIGURAS 7 LISTA DE TABLAS 10 RESUMEN 12 ABSTRACT 13 1 INTRODUCCIÓN 14 2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 16 3 MARCO REFERENCIAL 18 3.2 Marco conceptual 18 3.2.1 Trilema Energético 18 3.2.2 Comunidades energéticas 19 3.2.3 Tipos de comunidades energéticas 20 3.2.4 Usuarios o miembros de la comunidad energética 24 3.2.5 Sistema de gestión de la energía 24 3.2.6 Gestor de la comunidad energética 25 3.2.7 Generación Distribuida 25 3.2.8 Zonas no Interconectadas (ZNI) 26 3.2.9 Participación comunitaria 26 3.3 Marco teórico 28 3.3.1 Teoría del Trilema energético 28 3.3.2 Gestión sostenible de la energía 28 3.3.3 Escenarios 30 3.3.4 Estrategias 31 3.4 Marco Legal 33 3.4.1 Nacional 33 3.4.2 Internacional 37 3.5 Marco contextual 38 4 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 41 4.1 Metodología de revisión sistemática de la literatura 41 4.1.1 Revisión de literatura 46 4.1.2 Indicadores asociados a las comunidades energéticas 50 4.1.3 Vacíos en la literatura y contribuciones 50 5 OBJETIVOS 52 5.2 Objetivo general 52 5.3 Objetivos específicos 52 6 METODOLOGÍA 53 6.2 Caracterización de la demanda de Nazareth y Puerto Estrella 53 6.2.1 Fuente de datos 53 6.2.2 Análisis estadístico 53 6.2.3 Hallazgos de la caracterización 60 6.2.4 Limitaciones 61 6.3 Caracterización del potencial energético disponible en Nazareth y Puerto Estrella 61 6.3.1 Fuente de datos 62 6.3.2 Análisis estadístico – recurso solar 63 6.3.3 Análisis estadístico – recurso eólico 65 6.3.1 Hallazgos de la caracterización 68 6.3.2 Limitaciones 70 6.4 Evaluación de los activos de generación de Nazareth y Puerto Estrella 70 6.4.1 Central de poligeneración de Nazareth 70 6.4.2 Hallazgos de la evaluación 73 6.5 Diseño de la comunidad energética Nazareth-Puerto Estrella (Ka'i Wa'in) 79 6.5.1 Constitución 80 6.5.2 Estructura de gobernanza 80 6.5.3 Activos disponibles y propuestos 80 6.5.4 Sistema de gestión de la energía propuesto 88 6.5.5 Limitaciones 91 6.6 Validación técnico-económica de la comunidad energética propuesta 92 6.6.1 Descripción de la simulación 93 6.6.2 Optimización MILP para minimización de costos 95 6.6.3 Evaluación financiera partir del LCOE 97 6.6.4 Planteamiento de indicadores de evaluación 99 6.6.5 Planteamiento de escenarios prospectivos de evaluación y escenario base 103 6.6.6 Análisis de sensibilidad - OPEX 108 6.6.7 Limitaciones 109 7 RESULTADOS 110 7.2 Caracterizar las necesidades energéticas y el potencial de fuentes renovables en Nazareth y Puerto Estrella 110 7.3 Desarrollar un Sistema de Gestión Energética 113 7.3.1 Escenario pesimista 113 7.3.2 Escenario conservador 116 7.3.3 Escenario optimista 119 7.4 Validar el funcionamiento del sistema de gestión de la energía (SGE) 123 7.4.1 Análisis de viabilidad técnica – Indicadores de evaluación 123 7.4.2 Análisis de viabilidad económica – LCOE 124 7.4.3 Análisis de viabilidad económica – Sensibilidad 125 8 CONCLUSIONES 134 9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 136 10 ANEXOS 144PregradoThis thesis addresses the electricity service deficit in the Non-Interconnected Zones (ZNI) of Nazareth and Puerto Estrella (Uribia, Colombia), a region with a 96% Wayuu Indigenous population that receives 6–16 h of intermittent service from a diesel-photovoltaic polygeneration power plant. An Energy Community (EC) is designed and evaluated under a model of collective self-generation and cooperative governance adapted to local traditions. The principal component of the proposal is an Energy Management System (EMS) based on a Mixed Integer Linear Programming (MILP) optimisation model, whose objective is to minimise the costs associated with generation (the purchase of fuel for diesel generators). This model is implemented with a rolling horizon strategy to manage planning for a full year (8,760 h), achieving 24-hour continuous power supply through optimal management of energy dispatch and storage, based on Energy Management Strategies (EMGs) such as demand following, battery charge cycle following, and demand management. In addition, based on the characterisation of local energy potential, it has been demonstrated that the integration of a wind turbine eliminates the use of diesel generators during normal operation, relegating them to a backup system for contingencies. The performance of the EC was evaluated using technical, economic, and social indicators (Reserve Margin [MR], Non-Supplied Energy Index [IENS], SOC1, SOC2, ECO13, and ENV1) through three demand growth scenarios (pessimistic, conservative, and optimistic). The results indicate that the EC managed by the EMS meets the performance targets for all indicators in the three scenarios, except for the SOC1 social indicator, the reasons for which are analysed in this study. It was concluded that the proposed EC and respective EMS model represent a technically and economically viable alternative for achieving energy autonomy in remote communities with similar characteristics.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Diseño de una comunidad energética en zonas no interconectadas: Un caso de estudio en Nazareth y Puerto EstrellaDesign of an off-grid energy community: a case study of Nazareth & Puerto EstrellaIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en EnergíaIES-3034info:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyEnergy managementEnergy communitiesSustainabilityOptimizationEnergy community managerDemand ResponseEnergy management systemEnergy managment modelEnergy resourcesEnergy supply servicesSupply and demandIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaRecursos energéticosServicios de suministro de energíaOferta y demandaGestión de la energíaComunidades energéticasSostenibilidadOptimizaciónGestor de la comunidad energéticaSistema de gestión de la energíaRespuesta a la demandaAbu-Elzait, S., & Parkin, R. (2019). Economic and Environmental Advantages of Renewable-based Microgrids over Conventional Microgrids. 2019 IEEE Green Technologies Conference(GreenTech), 1–4. https://doi.org/10.1109/GreenTech.2019.8767146Acevedo Arenas, A. C. Y., Muñoz Maldonado, Y. A., Petit Suarez, J. F., Morales Sánchez, D. H., & Ramirez Contreras, D. F. (2024). Towards a Standardized LCOE Calculation for Informed Decision-Making in Energy Policy and Investment: Application to the Colombian Context. International Journal of Energy Economics and Policy, 14(6), 523–541. https://doi.org/10.32479/ijeep.16280Acevedo-Arenas, C. Y., Correcher, A., Sánchez-Díaz, C., Ariza, E., Alfonso-Solar, D., Vargas-Salgado, C., & Petit-Suárez, J. F. (2019). MPC for optimal dispatch of an AC-linked hybrid PV/wind/biomass/H2 system incorporating demand response. Energy Conversion and Management, 186, 241–257. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.02.044Afzali, P., Rajaei, A., Rashidinejad, M., & Farahmand, H. (2024a). Peer-to-Peer Energy Trading Among Prosumers in Energy Communities Based on Preferences Considering Holacracy Structure. IEEE Transactions on Engineering Management, 71, 7756–7767. https://doi.org/10.1109/TEM.2024.3382881Afzali, P., Rajaei, A., Rashidinejad, M., & Farahmand, H. (2024b). Peer-to-Peer Energy Trading Among Prosumers in Energy Communities Based on Preferences Considering Holacracy Structure. IEEE Transactions on Engineering Management, 71, 7756–7767. https://doi.org/10.1109/TEM.2024.3382881Ahmed, A., Ge, T., Peng, J., Yan, W. C., Tee, B. T., & You, S. (2022). Assessment of the renewable energy generation towards net-zero energy buildings: A review. In Energy and Buildings (Vol. 256). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111755Alexander Mossos, Á. J. (2025). INFORME MENSUAL DE TELEMETRÍA BOLETÍN MENSUAL DE OPERACIÓN DE LOCALIDADES CON TELEMETRÍA CNM-IPSE (Febrero 2025).Alexandra Espinosa, M. C., Romero, E. R., Flórez G, L. Y., & Guerrero, C. D. (2020). 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METODOLOGÍA GENERAL ESTRATEGIA NACIONAL COMUNIDADES ENERGÉTICAS.Andrés Camacho Morales, O., Javier Vásquez Torres, N., Mauricio Rey Peña, N., García Orrego, S., Enrique Aponte, J., Andrés Baquero Maldonado Juan Andrés Pineda Guzman Julieth Forero Portela Yegcid Walteros Ruiz, J., & Katherine Ávila Álvaro Gámez Peñaranda Ulrik Omar Sebastian Kohl Aura Valentina Hernández Delgado Juan Carlos Agreda Botina, A. (2024b). METODOLOGÍA GENERAL ESTRATEGIA NACIONAL COMUNIDADES ENERGÉTICAS Ministerio de Minas y Energía-MME.Aoun, A., Adda, M., Ilinca, A., Ghandour, M., & Ibrahim, H. (2024). Centralized vs. Decentralized Electric Grid Resilience Analysis Using Leontief’s Input–Output Model. Energies, 17(6). https://doi.org/10.3390/en17061321ASOCIACION DE JEFES FAMILIARES WAYUU DE LA ZONA NORTE DE LA ALTA GUAJIRA WAYUU ARAURAYU. (2020). CARACTERIZACIÓN DEL PUEBLO WAYÚU DE LA ZONA NORTE ALTA EXTREMA GUAJIRA DE LOS CORREGIMIENTOS QUE LO COMPONENBaisser Antonio Jiménez Rivera. (2022). 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