En este trabajo se aborda la etapa de factibilidad del macro proyecto de los parques eólicos en la cual se determinan los parámetros técnicos y económicos relevantes con los que se obtienen los mayores beneficios. Para llevar a cabo estudios de factibilidad, determinar la variante más adecuada y hacer análisis de sensibilidad, se han desarrollado dos modelos matemáticos fundamentales: una ecuación paramétrica para la estimación del costo capital de los parques, método utilizado en proyectos de ingeniería cuando se requiere vincular las variables técnicas relevantes con el costo del proyecto; que se diferencia de la estimación discreta tradicional por ser una función continua que puede trabajar dentro de un lazo de toma de decisión; y un modelo matemático de optimización, mediante el cual se determinan la potencia, número y altura de las máquinas que garantizan la estructura óptima del parque.
Para garantizar la relación entre las variables que definen el costo con las de operación y financieras, fue seleccionada como función objetivo el Valor Presente Neto, por las ventajas que ofrece sobre otros criterios de evaluación de proyectos, facilitando además los análisis de sensibilidad. Los modelos matemáticos desarrollados y el programa informático diseñado para su puesta en práctica, fueron evaluados con resultados satisfactorios para los países de América Latina y el Caribe por las semejanzas tecnológicas e infraestructura les que presentan, las cuales difieren de otras regiones del mundo. Como casos de estudio, se analizan dos proyectos en condiciones particulares de la provincia de Chimborazo en la Repúbñica de Ecuador
Índice de contenidos
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL MACRO PROYECTO DE LOS PARQUES EÓLICOS
1.1 Desarrollo alcanzado en la optimización del proyecto de los parques eólicos
1.2 Fundamentos teóricos de la energía eólica
1.2.1. Aplicación de la estadística a los parámetros del viento
1.2.2. Variación de la dirección del viento
1.2.3. Ley de distribución de Weibull de la velocidad del viento
1.2.4. Variación de la velocidad con la altura
1.3. Energía del viento
1.3.1. Potencia útil de las turbinas eólicas
1.4. Energía desarrollada por la turbina
1.5. Factor de capacidad
1.6. Correcciones locales de la energía captada por la turbina
1.7. Procedimiento seguido para determinar la energía desarrollada por las turbinas
1.8. Evaluación económica y financiera de los proyectos eólicos
1.9. Análisis de sensibilidad
CAPÍTULO 2. DESARROLLO DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL MACRO PROYECTO DE LOS PARQUES EÓLICOS
2.1. Etapa de pre factibilidad
2.2. Etapa de factibilidad técnica y económica
2.3. Etapa del proyecto en detalle
2.4. Características generales de la optimización
2.4.1. Optimización Matemática
2.4.2. Influencia competitiva
2.5. Desarrollo del modelo matemático de optimización del macro proyecto de los parques eólicos
2.5.1. Variables del modelo matemático de optimización
2.5.2. Definición de las variables de decisión
2.5.3. Definición de las restricciones
2.5.4. Selección de la función objetivo
2.6. Costo capital o de inversión de los parques eólicos
2.6.1. Cálculo discreto del costo
2.6.2. Métodos no discretos de estimación del costo
2.7. Estimación paramétrica del costo capital de los proyectos
2.7.1. Definición de los parámetros controladores del costo de los de los parques eólicos
2.7.2. Desarrollo de la base de datos
2.7.3. Desarrollo del modelo matemático de estimación del costo
2.7.4. Formulación del modelo matemático de estimación paramétrica del costo
2.7.5. Modelo teórico básico
2.7.6. Ajuste del modelo básico
2.7.7. Estadística de la ecuación
2.7.8. Comprobación del tamaño de la muestra
2.7.9. Validación de la ecuación
2.8. Índices de costo
2.8.1. Para compensar la pérdida de potencia por disminución de la densidad del aire
2.8.2. Índices de costo por aprendizaje e inflación
2.8.3. Índice para compensar el costo por excesiva altitud, difícil acceso y extensas carreteras
2.9. Estructura final del modelo matemático de optimización
2.10. Caracterización del modelo matemático de optimización
2.11. Herramienta utilizada para la optimización
CAPÍTULO 3. ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD TECNO-ECONÓMICA DE PARQUES EÓLICOS EN LA PROVINCIA DE CHIMBORAZO, REPÚBLICA DE ECUADOR
3.1. Campaña de mediciones del potencial eólico en la República de Ecuador
3.2. Demanda de electricidad en la provincia de Chimborazo
3.3. Ubicación geográfica de los emplazamientos eólicos en la Provincia de Chimborazo
3.4. Estimación del potencial eólico de las regiones seleccionadas
3.4.1. Caracterización de la región de Rumignokiana-Cañi
3.4.2. Loma de Rasutambo (Chimborazo)
3.4.3. Parroquia San José de Chocón
3.4.4. Parroquia San José de Igualata
3.4.5. Parroquia Aña Moyocancha
3.5. Resumen de Resultados
3.6. Macro proyecto del parque Loma de Rasutambo (Chimborazo)
3.7. Análisis de sensibilidad
3.7.1. Influencia en la tarifa eléctrica sobre el VPN
3.7.2. Influencia del costo de operación y mantenimiento en la rentabilidad
3.7.3. Influencia de la tasa de descuento sobre el VPN
3.7.4. Influencia del factor de capacidad en el VPN
3.8. Macro proyecto del parque Rumingnokiana-Cañi
3.8.1. Análisis de los resultados
3.8.2. Análisis de sensibilidad
3.9. Impacto medio ambiental de los parques eólicos
3.9.1. Impactos positivos
3.9.2. Gases resultantes de la combustión
Objetivos y temas de investigación
El objetivo principal de este trabajo es desarrollar modelos matemáticos y su implementación práctica que permitan optimizar el macro proyecto de parques eólicos, considerando las condiciones particulares de América Latina y, específicamente, la región Andina de la República de Ecuador, buscando mejorar el aprovechamiento energético y el beneficio económico.
- Optimización matemática del diseño de parques eólicos (macro dimensionado).
- Desarrollo de un modelo de estimación paramétrica del costo capital.
- Análisis de sensibilidad económica mediante el Valor Presente Neto (VPN).
- Evaluación de condiciones topográficas complejas y su impacto en el costo.
- Impacto ambiental y ahorro de combustibles fósiles en la generación eléctrica.
Auszug aus dem Buch
2.7. Estimación paramétrica del costo capital de los proyectos
El método de estimación paramétrica del costo surgió como una necesidad para superar las deficiencias que presentaban el método discreto y los diferentes métodos de estimación del costo. La estimación paramétrica del costo se remonta a 1936, cuando apareció por primera vez en la revista Aeronautical Science, el método propuesto por P.T. Wright para predecir mediante ecuaciones desarrolladas a partir de datos estadísticos el costo de los aeroplanos durante el proceso de producción [87]. En ellas se ponía de manifiesto que el costo de producción disminuye en la medida que aumenta el número de unidades producidas, una teoría que luego se dio en llamar “La Curva de Aprendizaje” (TheLearning Curve). Ya para esa fecha eran conocidos los principios de la economía de escala, la cual establece que en equipos semejantes, el costo por unidad de capacidad disminuye según aumenta la capacidad del equipo, esta luego sería una de las tantas relaciones de estimación del costo que se utilizan en la actualidad [88,89].
Alrededor de 1950 fue creada la Corporación Rand en Santa Mónica, California donde uno de sus departamentos se encargaría de los estudios más tempranos y sistemáticos de la estimación del costo en la industria de la aviación, dando lugar al surgimiento de las relaciones de estimación del costo (REC) [86]. La unión de las (REC) con la curva de aprendizaje dio lugar a los fundamentos de la Estimación Paramétrica del Costo (EPC). Por primera vez se vio la posibilidad de poder estimar de forma relativamente rápida y con exactitud el costo de los proyectos.
En el volumen 4 del manual de costo de la NASA se define la estimación paramétrica por una técnica que emplea una o más relaciones de estimación (REC), relaciones matemáticas y lógicas, que es utilizada en ingeniería para calcular el costo relacionado con el proyecto, la fabricación o modificación de un elemento específico [86]. Se fundamenta en la relación de variables técnicas, que no son del dominio usual de los economistas, tales como potencia, energía, torque, calor, empuje, tensión, resistencia, presión, temperatura, peso y muchas otras, con el costo del proyecto, desecha todos los procedimientos seguidos tradicionalmente, utiliza como ciencias auxiliares la Matemática, la Estadística y la Lógica.
Resumen de capítulos
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL MACRO PROYECTO DE LOS PARQUES EÓLICOS: Se analizan los métodos tradicionales de diseño de parques eólicos y los fundamentos físicos y estadísticos del viento, estableciendo la necesidad de nuevas herramientas para el macro dimensionado.
CAPÍTULO 2. DESARROLLO DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL MACRO PROYECTO DE LOS PARQUES EÓLICOS: Se desarrollan modelos matemáticos para la estimación del costo y la optimización integral del proyecto, integrando variables técnicas y financieras para maximizar la rentabilidad.
CAPÍTULO 3. ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD TECNO-ECONÓMICA DE PARQUES EÓLICOS EN LA PROVINCIA DE CHIMBORAZO, REPÚBLICA DE ECUADOR: Se aplica la metodología desarrollada a emplazamientos específicos en la provincia de Chimborazo, realizando análisis de viabilidad técnica, económica y de sensibilidad ambiental.
Palabras clave
Energía eólica, Optimización matemática, Macro proyecto, Valor Presente Neto, Estimación paramétrica, Factor de capacidad, Turbinas, Costo capital, América Latina, Ecuador, Chimborazo, Modelado matemático, Sensibilidad, Desarrollo sostenible, Potencia instalada.
Preguntas frecuentes
¿En qué consiste el problema principal que aborda este trabajo?
La investigación aborda la falta de métodos o herramientas informáticas que relacionen mediante expresiones matemáticas continuas los parámetros técnicos de un parque eólico (como potencia, número y altura de las turbinas) con el costo capital, lo cual es vital para una optimización técnica y económica eficiente del macro proyecto.
¿Cuáles son los temas fundamentales cubiertos en el libro?
El libro cubre los fundamentos teóricos de la energía eólica, la estadística aplicada a los parámetros del viento, los modelos matemáticos para la optimización técnica y económica, la estimación paramétrica de costos y estudios de factibilidad específicos en la región andina de Ecuador.
¿Qué objetivo principal persigue la investigación?
El objetivo es desarrollar modelos matemáticos y su implementación práctica para optimizar el macro proyecto de parques eólicos, adaptándose a las condiciones de América Latina y Ecuador, para garantizar el mejor aprovechamiento energético y beneficio económico del país.
¿Qué metodología científica se emplea?
Se utiliza una combinación de métodos: Histórico-Lógico, Análisis-Síntesis, Inducción-Deducción, Método Relacionista, Método matemático (para la optimización y estimación de costos) y el método Hermenéutico para la interpretación científica de los resultados obtenidos.
¿Qué aspectos se tratan en el cuerpo principal del libro?
En el cuerpo principal se desarrolla el algoritmo de optimización del macro proyecto, se explican las restricciones físicas y lógicas del modelo, se profundiza en los métodos de estimación del costo capital (directos vs. paramétricos) y se validan estos modelos mediante casos reales en la provincia de Chimborazo.
¿Qué palabras clave definen mejor esta investigación?
La investigación se define por conceptos como energía eólica, optimización matemática, Valor Presente Neto (VPN), estimación paramétrica, costo capital y análisis de sensibilidad, enfocados particularmente en el contexto geográfico de Ecuador.
¿Por qué el autor considera que el Valor Presente Neto (VPN) es el criterio superior?
El autor argumenta que el VPN es superior porque agrupa en una única expresión todas las variables técnicas, económicas y de explotación, permitiendo además realizar análisis de sensibilidad efectivos sobre parámetros que son difíciles de predecir o que varían con el tiempo.
¿Cómo influye la altitud en los costos de los parques eólicos analizados?
La altitud (como en el caso del parque Villonaco o los de Chimborazo) eleva significativamente los costos debido a la disminución de la densidad del aire (que requiere más máquinas para mantener la potencia) y a factores logísticos como la dificultad en el transporte de equipamiento pesado y mayores costos de seguros y riesgos.
- Quote paper
- Lorenzo Alfredo Enríquez García (Author), 2018, Optimización técnica y económica del macro proyecto de los parques eólicos. Aplicación en la republica de ecuador, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/503575
