Implementación de eficiencia energética optimizada en la estación agraria San Pablo de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellin

Abstract

El objetivo de este trabajo consiste en optimizar la canasta energética (energía eléctrica, gas propano y gas metano (biogás)) en la estación agraria San Pablo de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín; esto con la meta de reducir el costo de producción en la granja, para así poder realizar una optimización multiobjetivo y encontrar la cantidad económicamente adecuada de energía que se debe producir de cada tecnología. Las fuentes de energía con que actualmente la granja suple sus necesidades son: red de distribución de electricidad, gas propano en cilindros a presión en el área avícola y biogás para producción de calor en el área porcina. Las fuentes de energía económicamente viables a incluir en la canasta energética son la generación eléctrica solar fotovoltaica, generación eléctrica a partir de biogás, y generación de calor en producción avícola a partir de biogás. En el proceso de cálculo se utiliza el método de optimización multiobjetivo con algoritmos genéticos, por su facilidad de implementación en relación con el número y tipo de variables incluidas en el caso, y se implementa una optimización de comprobación con el método "goal attaining". Con un horizonte de 20 años, se obtienen soluciones entre un 6% y 11% más económicas, comparando los casos optimizados con el escenario de suministro de las tecnologías actualmente en servicio. La inclusión de baterías en la tecnología solar fotovoltaica incrementa notoriamente la inversión inicial necesaria, así como el costo de la solución al cabo de veinte años, sin embargo produce un ahorro ligeramente mayor por concepto de emisiones de carbono.

Abstract: This work aims at optimizing the energy mix (electrical energy, propane and methane (biogas) gas) in San Pablo farm, owned by Universidad Nacional de Colombia, Medellín campus; the final goal lies on reducing the cost of production at the farm. In order to achieve that goal, first there must be an identification of the energy sources currently available on-site and to-be added and then run a multiobjective optimization to find out the correct amount of energy, from the economic perspective, that should be produced from each source. Currently, the farm meets its energy demand from the utility electricity distribution network, propane tanks to produce heat at the poultry unit and biogas to produce heat at the piggery farm. The energy sources, economically viable, to be included in the energy basket of the farm are solar photovoltaic electricity generation, biogas electricity generation and heat production at the poultry unit. In the calculation process a multiobjective optimization method based on genetic algorithms is used, due to its simple implementation regarding the number and kind of variables included in the case, and it is implemented a checkup optimization through “Goal Attaining” method. In a time span of 20 years, it is found that there are plausible solutions that are between 6% and 11% cheaper compared to the currently supply of energy scenario. The inclusion of batteries in the solar photovoltaic electricity system increases notoriously the initial investment required, as well as the final cost at the end of the twenty years time frame of this study, nonetheless it yields a slightly greater savings because of carbon emissions to the atmosphere.