Ouzinkie, una pequeña comunidad remota ubicada en la isla Spruce, en el archipiélago de Kodiak, Alaska, está inmersa en un proceso de transición hacia un sistema energético más sostenible y menos dependiente de los combustibles fósiles. Con aproximadamente 200 habitantes y un acceso limitado por agua y aire, la comunidad ha enfrentado grandes desafíos energéticos en los últimos años. La combinación de un sistema hidroeléctrico envejecido y fuera de operación con generadores diésel que requieren reemplazo ha llevado a un aumento significativo en los costos operativos, además de una disminución en la confiabilidad del suministro eléctrico. Esto ha generado la necesidad de desarrollar un plan energético integrado que no solo aborde la infraestructura existente, sino que también aproveche los recursos renovables disponibles, como la energía solar, eólica e hidráulica, para reducir la dependencia del diésel importado, que representa un gasto de más de 17.000 dólares al mes en combustible.
El proyecto comienza con un análisis detallado de las tecnologías energéticas actuales y las nuevas que podrían implementarse. Se estudian opciones de energía eólica, solar y de almacenamiento en baterías para complementar la generación hidroeléctrica. La energía hidroeléctrica, aunque ha sido una parte clave del sistema de energía de Ouzinkie, ha tenido un funcionamiento irregular debido a problemas con la infraestructura de la penstock y el control de flujo. Se ha identificado que el principal problema es el desalineamiento de la penstock, lo que ha afectado no solo la generación eléctrica sino también el suministro de agua potable para la comunidad. Para abordar este problema, se plantean mejoras en la eficiencia del sistema a través de actualizaciones en el control de flujo y reparaciones menores en la turbina, lo que permitiría una mejor gestión de los recursos hídricos, especialmente durante los meses más secos del año cuando el agua es escasa. Las evaluaciones también consideran el potencial de aumentar la capacidad de la hidroeléctrica mediante un mayor almacenamiento de agua en la represa y un sistema de control más eficiente que optimice el uso del agua tanto para la generación de energía como para el consumo humano.
La energía eólica se perfila como una opción viable para la comunidad, con la instalación de turbinas que van desde 25 kW hasta 100 kW. La selección de estas turbinas se basa en un análisis de la velocidad promedio del viento en la zona, utilizando herramientas como el Global Wind Atlas y el modelo ERA5 del Centro Europeo para Previsiones Meteorológicas a Plazo Medio. Se identificaron múltiples sitios potenciales para la instalación de turbinas, siendo los más prometedores aquellos cerca de la planta de generadores diésel, debido a la proximidad a la infraestructura existente y a los vientos constantes provenientes del oeste y sureste. Sin embargo, también se consideran factores como la compatibilidad con la Administración Federal de Aviación (FAA), ya que la altura de las turbinas podría interferir con las operaciones aéreas en la zona. Se prevé que la instalación de una turbina de 25 kW podría reducir significativamente el uso de diésel, mientras que una de 100 kW, junto con un sistema de almacenamiento en baterías, podría proporcionar una mayor estabilidad en el suministro eléctrico y permitir la integración de más recursos renovables a largo plazo.
Por otro lado, la energía solar ofrece un recurso complementario para la comunidad, especialmente durante el verano, cuando las horas de luz solar son más prolongadas. Se propone instalar un sistema fotovoltaico en la pista de aterrizaje abandonada, un espacio despejado y nivelado que facilita la instalación de paneles solares de hasta 600 kW. La comunidad ha mostrado interés en este sitio debido a su fácil acceso y su cercanía a la red de distribución. Para estimar la producción de energía solar, se utilizó la base de datos del National Solar Radiation Database, que permitió identificar años de recursos solares promedio, altos y bajos. Con estos datos, se diseñaron perfiles de generación que consideran factores como la inclinación óptima de los paneles y las pérdidas asociadas al clima, la suciedad, la degradación de los módulos y la eficiencia de los inversores. Se estima que, a pesar de la ubicación norte de Ouzinkie, el sistema solar podría cubrir una parte significativa de la demanda energética durante el verano y reducir el uso de diésel.
El almacenamiento en baterías es un componente crucial del plan energético de Ouzinkie, ya que proporciona la flexibilidad necesaria para integrar recursos renovables de manera más eficiente. Se plantea la instalación de un sistema de almacenamiento de hasta 500 kWh, ubicado cerca de la planta de generadores diésel para facilitar la conexión a la red existente. Este sistema permitiría almacenar el exceso de energía generada por las turbinas eólicas y los paneles solares, asegurando un suministro constante incluso cuando las condiciones climáticas no sean favorables para la generación renovable. Además, las baterías ofrecen la capacidad de mantener la reserva girante del sistema, lo que mejora la estabilidad de la frecuencia y reduce aún más la necesidad de utilizar los generadores diésel como respaldo. Se consideraron diferentes escenarios de almacenamiento, priorizando aquellos que maximicen la confiabilidad del sistema y minimicen los costos operativos y de inversión.
La metodología de análisis para este plan energético integrado no solo se enfoca en la viabilidad técnica y económica de los recursos renovables, sino que también considera la resiliencia del sistema ante eventos climáticos extremos y otros imprevistos. El modelo utilizado para la optimización de recursos, conocido como DER-CAM, permite evaluar distintos escenarios de inversión y operación, teniendo en cuenta los costos de capital, de mantenimiento y de operación, así como los beneficios de reducir el consumo de diésel. Se analizaron tres escenarios principales: sin inversión, costo más bajo, y alta confiabilidad con reserva girante. Los resultados indican que el escenario de alta confiabilidad no solo ofrece la mayor reducción en el uso de diésel, sino que también mejora significativamente la estabilidad del sistema eléctrico, lo cual es fundamental para una comunidad tan remota como Ouzinkie.
En términos de implementación, la comunidad ha identificado una serie de pasos prioritarios para llevar a cabo esta transición energética. El primer paso es reparar y mejorar la planta hidroeléctrica, lo que permitiría reactivar una fuente de energía local que ha estado inactiva durante más de dos años. Una vez completadas las reparaciones, se procedería con la instalación de una turbina eólica de 25 kW, lo cual representa una inversión inicial relativamente baja, pero con un impacto significativo en la reducción del consumo de diésel. A medida que se asegure la financiación adicional, se podrían instalar el sistema de baterías y el sistema fotovoltaico, lo que consolidaría la transformación del sistema energético de Ouzinkie hacia uno más sostenible y autónomo.
Para leer más ingrese a:
https://www.nrel.gov/docs/fy24osti/90791.pdf