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Dominican Republic| Nov-16 | Matriz Energética Escuela Tanda Extendida william camilo

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Presenter: Dr. William Ernesto Camilo Reynoso
PhD. Unapec

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Dominican Republic| Nov-16 | Matriz Energética Escuela Tanda Extendida william camilo

  1. 1. Modelo de matriz energética sostenible: eólica, solar y a biogás para escuelas rurales de tanda extendida Author: Dr. William Ernesto Camilo Reynoso, PhD. Unapec Taller Regional: Fuentes de energía sostenibles para la electrificación rural en Centroamérica, el Caribe y México Hotel Bávaro Beach, Punta Cana, República Dominicana Noviembre 16-18 2016
  2. 2. Recursos de energías renovables Fig.1 Modelación de Matriz energética sostenible
  3. 3. Abstract Nuestra propuesta trata sobre desarrollos tecnológicos para la eficientización de fuentes energéticas tales como la solar, la eólica y la de los biocombustibles- (biogás)- para ser utilizadas como paquete o matriz sostenible para suplir las necesidades de comunidades rurales y sus escuelas de tandas extendidas -(entre otras)- que se encuentren aisladas de las redes comerciales para ser manejadas de forma respetuosa con el medioambiente y la comunidad.
  4. 4. Escuelas de Jornada Extendida  Son escuelas en las que se ha ampliado el horario escolar a ocho horas de trabajo educativo para garantizar una enseñanza de calidad, con una organización curricular flexible y abierta, en procura de mejores resultados de aprendizaje, mayor equidad, organización eficiente de los recursos, mayores espacios y tiempo para realizar actividades culturales, científicas, tecnológicas, artísticas y recreativas. Se logró incorporar para el año escolar 2013- 2014 unos 482 centros educativos con una matrícula de 165,402 estudiantes. En la actualidad existen 579 centros funcionado con jornada extendida, beneficiando a 198,685 estudiantes.  Fuente: http://www.minerd.gob.do/documentosminerd/Planificacion/Memorias/Memoria %202013-%20%20Final%20WEB.pdf Introducción:
  5. 5. Fig.2 Planteles para escuelas de tanda extendida Problemática a resolver: la deficiencia energética y la alta emisión de dióxido de carbono al usar generación fósil
  6. 6. Diagrama unifilar de nuestra propuesta de matriz energética sostenible The School’s total electrical green power distribution system is: 584 KWHR. Distribution in matrix power: 15.0 KW x 8 HRS = 120 KWHR.(por biogas) 80 KW x 5 HRS= 400 KWHR.(por paneles fotovoltaicos) 12.8 KW x 5 HRS= 64 KWHR.(por molinos de viento) Fig.3
  7. 7. Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aislados Fig.4 Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.
  8. 8. Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aislados Fig.5 Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.
  9. 9. Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aislados Fig.6 Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.
  10. 10. Innovaciones desde la academia Almacenamiento energético por energía potencial de un lastre líquido (agua) Fig.7
  11. 11. Innovaciones desde la academia Almacenamiento energético por energía potencial de un lastre sólido (bloque de concreto) Fig.8
  12. 12. Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aislados Fig.9 Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.
  13. 13. Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aisladosFig.10 Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.
  14. 14. Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aisladosFig.11 Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.
  15. 15. Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aisladosFig.12 Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.
  16. 16. Potencial energético solar dominicano Emisiones de CO2 por combustibles fósiles Problemática a resolver: la deficiencia energética y la alta emisión de dióxido de carbono al usar generación fósilFig.13
  17. 17. Planteamientos y caraterizaciónes para nuestro modelo de matriz energética sostenible para escuelas de tanda extendida Fig.14 Dimensiones de Escuela de tanda extendida: 4 edificios de 23 mts x 11.5 mts = 4 x (264.5 mts2 c/u). = 1,058 mts2. (total de área de techo)
  18. 18. The matrix solar power considerations Technical considerations : 1) Irradiation Solar area in school ceilings: 4 x 264.5 mts2 = 1,058 Mts2 Taking 93.6 mts2 for small aerogenerators, then we have: 1,058 - 93.6 =964.4 mts2 for solar panels. 2) Power of maximum solar irradiation (1kw/Mts2) = 964.4 KW. (for 16% solar panel efficience =154.3 KW. If we would Considering 1,3 Mts2 by 175 W, 24v panel. Then now we are considering (946.4 Mts2 /1.3 Mts2 by panel = 728 solar paddle with 175 watts each one). 3) The whole real photovoltaic power to settle is: 127,400 W. = (127.4 KW). This will powered services like: water pumping, illumination, Central telephone offices, Computer centers and multimedia, alarm systems, among others.
  19. 19. Potencial energético eólico dominicano Mitigaciones a emisiones de CO2 por combustibles renovables The matrix wind power considerations Fig.15
  20. 20. The matrix wind power considerations  We choose ; = 400 watts. for rotor D=1.4mts, and wind speed v= 10 mts/seg. Then results an amount of small (32) 400 watts, 24v aerogenerators, because its robustness and facility of handling in case of storms: Thus it is 32 mills of 0.4 KW each, for a total Aeolian 12.8 kw. Power to be used in external illumination services to the corridors and areas. These needs 8 batteries of 12v, 855 Ah, as Aeolian backup (2 by c/u of the 4 buildings), and of 4 inverters of 3kva, 24v, for service of lights in the corridors of the 4 school building. 2 3 0.2* *p D V 2 3 0.2*(1.4) *(10)p 
  21. 21. The matrix wind power considerations Fig.16 Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.
  22. 22.  Sistema integral del Delta Termosolar Parabólico de 11.25 kw. para la producción y almacenamiento de agua potable.  (Capacidad: 13,000 Galones, a 50 Gls/min.= 12.53 mts3/hr) =50 Metros cúbicos en 4 hrs.  (Escuelas y Comunidades de unas 300 a 3,000 personas de 3 a 30 Galones /persona) y Reservas de 4,000 Galones/día. Modelo termosolar como componente de la matriz energética Prototipo de caldera termosolar de 11.25 KW.Fig.17
  23. 23. Modelo termosolar como componente de la matriz energética Sistema de captación solar integral que podría servir de base para el desarrollo de una opción termosolar Fig.18
  24. 24. Sistema del Delta Termosolar Parabólico de 11.25 kw para el tratamiento del agua Modelo termosolar como componente de la matriz energética Fig.19
  25. 25. Modelo termosolar como componente de la matriz energética Fig.20 Sistema del Caldera termosolar Parabólica de 112.5 kw para generación eléctrica por turbinas pelton
  26. 26.  El biogás es un combustible producido mediante la fermentación anaeróbica (en ausencia del aire) de desechos orgánicos de origen animal o vegetal, dentro de determinados límites de temperatura, humedad y acidez  La composición química del biogás es:  Metano (CH4), 50-70%  Dióxido de carbono (CO2), 30-50%  Acido sulfídrico (H2S), 0.1-1% Nitrógeno (N2), 0.5-3% The matrix Biodigesters and the biogas production
  27. 27. The matrix Biodigesters and the biogas production Fig.23 Proceso de producción del Biogás
  28. 28. The matrix Biodigesters and the biogas production Fig.24
  29. 29. The matrix Biodigesters and the biogas production Factores de emisión de CO2Fig.25
  30. 30. The matrix Biodigesters and the biogas production Fig.26 Tabla para el cálculo del biogás
  31. 31. Horizontal alternative design of a domestic biodigestor for production of biogas (2) with enzymatic control of the production of the methane by solar control of the temperature of the process. Detalles del mejoramiento del prototipo anterior mediante energía Solar The matrix Biodigesters and the biogas production Fig.27
  32. 32. The matrix Biodigesters and the biogas production  Number of biodigestors to be fed by the dung of the 4,250 people (75 kg/person) 10% MSO factor, who inhabit to the school using the sanitary services: considered to replace of combustible gas caffeteries and others.  Biogas production = 95.625 Mts3 of biogas under pressure are equivalent to: 15.3 gallons of diesel oil per day for 3,187.5 kg estiércol/día  para 95.625 mts3 de biogas/día.  Biodigestor de 4,176.9 mts3 de volumen total.
  33. 33. Demanda 0 Producción min. 31.157153 Producción max. 95.6251791 0 20 40 60 80 100 120 Demanda Producción min. Producción max. m3/día Demanda y producción de biogas Fig.28 Demanda y producción del biogás
  34. 34. 1mts3 de biogás = 0.7 lts de gasolina = 0.46 kg de propano = 0.6 lts =0.16 gls de gasoil =2 kg de leña = 1.25 KWHR.= 4,500 a 6, 300 KCAL por mts3. Así: La energía disponible en la matriz por concepto del biogás sería: 95.625 mts3 de biogás/día x 1.25 KWHR= 119.53 KWHR Luego se diponen de 14.94 KW por unas 8 HRS por concepto de un generador a biogás tributando a la matriz energética. The matrix Biodigesters and the biogas production
  35. 35.  Determination of the power available, the hours available and the demand of recommended power, the load of backup, the inverters, batteries, regulators of load, etc.  a) From the 728 photovoltaic 175w. paddels, 24v, 4,95 Amperes by each ones, it is about 127.4 KW that would give us 182 panels for each building, It is 31.85kw for each one of the four buildings of the considered extended time school.  Now we determined for the school building 4 inverters with 30 KW each ones.  b) The 4 inverters could are: Soletria PV powered PVP 30 KW, 208-480 volts, 3 phases,60 Hertz, (USD$23,235.00 eah ones), 295-600 VDC, 109 Amperes DC, nominal input operating range. Matrix power energy considerations
  36. 36. Matrix power energy considerations  c) For these conditions for c/u of the (4) x 30 KVA inverters they are requiring: (26 batteries of 12v, 855 Ah); what they are 26x12=312 VDC, (within voltage input operating range), with a capacity of delivery of backup in 5 hours of: 855/5=171 Amperes.  (within the amperage input range) for the four buildings they would be: 26x4=104 batteries of 12v, 855Ah. (for solar using power).  d) The range of operation of the inverters is about 8 hours by direct conduction photovoltaic and about 4 hours else from the batteries backup for nights hours.
  37. 37.  Our project can avoid the emission to The Earth atmosphere of 110 kg of CO2 per day, 3,312 kg of CO2 per month, and 39,744 kg of CO2 per year, and contribute to the global nonheating. ( Fuel Oil emission = 276 grams of CO2/KWHr).  Considering our 400 KWhr per day produced by the solar system.  Measurements of Power in a normal day average:  The School’s total electrical green power distribution system is: 107.8 KW, 584 KWHR.  Distribution in matrix power:  15 KW x 8 HRS = 120 KWHR.(por biogas)  80 KW x 5 HRS= 400 KWHR.(por paneles fotovoltaicos)  12.8 KW x 5 HRS= 64 KWHR.(por molinos de viento) Matrix power energy considerations
  38. 38. Desarrollos tecnológicos para el modelo de matriz sostenible para las escuelas de tanda extendida Aerogeneradores verticales de 10 KVA con medios tanques de 55 gls Fig.29 Innovaciones desde la academia
  39. 39. Toberas de concentración y aceleración de vientoFig.30 Innovaciones desde la academia Modelo conceptual de molino de viento por tobera
  40. 40. Caracterización de un Molino de viento por supertoberas Fig.31 Innovaciones desde la academia Imágenes de la virtualización del prototipo
  41. 41. Innovaciones desde la academia Prototipos de aergeneradores por supertoberas para 15 KVAFig.32
  42. 42. Prototipos de aergeneradores por supertoberas para 15 KVAFig.33 Innovaciones desde la academia Supertobera eólica Caldera termosolar
  43. 43. Resumen El uso y explotación de los recursos energéticos en forma integral, y a través de una matriz energética, potencia nuestros recursos naturales como la energía del viento y la de los rayos del sol tan abundantes en nuestro País e impone una seria reflexión hacia la orientación del currículo de la educación técnica hacia el diseño, construcción y montaje de Plantas de producción de energía eléctrica a partir de las energías renovables en orden a abastecer las necesidades nacionales, tal como las necesidades de escuelas de tandas extendidas de origen rural, racionalizando así el uso de divisas y mejorando el medioambiente y el ecosistema.
  44. 44. Resumen The School’s daily total electrical green power distribution system is: 584 KWHR. Distribution in matrix power: 15.0 KW x 8 HRS = 120 KWHR.(por biogas) 80 KW x 5 HRS= 400 KWHR.(por paneles fotovoltaicos) 12.8 KW x 5 HRS= 64 KWHR.(por molinos de viento)
  45. 45. CONCLUSIONS As results of our project we hope improve our Extend time school electrical supply power sytems, become in an example for Dominican Republic taking care about how we must work to have a better world without dangerous atmosphere emissions.
  46. 46. ! Gracias!

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