Metodología para el diseño de sistemas de electrificación autónomos para comunidades rurales
Authors:   , Domenech Léga Bruno 
Published: October 2023

Los sistemas de electrificación autónomos basados en el uso de energías renovables son adecuados para electrificar comunidades rurales aisladas. Para su diseño existen herramientas de apoyo a la toma de decisiones, pero no abarcan algunas consideraciones técnicas y sociales, y/o no entran en el detalle específico del proyecto. En este contexto, el objetivo de esta tesis doctoral es desarrollar una metodología para ayudar en el diseño de sistemas de electrificación autónomos basados en las energías eólica y solar, que sea adecuada a las características económicas, técnicas y sociales de comunidades rurales de países en desarrollo, y que considere la opinión de todos los actores involucrados en el proyecto.
La metodología de diseño propuesta se divide en 3 etapas principales:
- La primera etapa consiste en realizar evaluaciones iniciales (socioeconómica, energética y técnica) para recopilar la información característica de la comunidad a electrificar.
- La segunda etapa es el propio proceso de diseño en sí y se divide en 3 niveles de decisión, ordenados en función de la importancia de las decisiones a tomar. En concreto se estudia la influencia sobre el coste de modificaciones en la demanda (nivel 1), la gestión del sistema (nivel 2) y la seguridad del suministro (nivel 3). Cada nivel de decisión se estructura en 2 pasos: primero se generan diversas alternativas de electrificación con un modelo de programación lineal, incluyendo consideraciones técnicas y sociales; y segundo se selecciona la alternativa más adecuada en función de criterios económicos, técnicos y sociales, mediante la técnica multicriterio de la programación compromiso.
- La tercera etapa, opcional, permite intentar mejorar el coste de la solución obtenida, manteniendo las decisiones previamente tomadas.
Para la validación de este trabajo de investigación, dos expertos en el campo de la electrificación rural han actuado como hipotéticos usuarios de la metodología de diseño, y han realizado todo el proceso para las comunidades reales de El Alumbre y Alto Perú, ambas en Cajamarca (Perú). Se valida, de esta forma, que la metodología propuesta es adecuada para diseñar sistemas de electrificación autónomos. En concreto, permite personalizar la toma de decisiones de forma clara y estructurada, evaluando una gran cantidad de alternativas de electrificación y obteniendo unos resultados que concuerdan con las preferencias del usuario.
Autonomous electrification systems based on the use of renewable energies are suitable to electrify isolated rural communities. For its design there are decision-making support tools, but they do not cover some technical and social constraints and do not consider the specific detail of the project. In this context, the aim of this PhD is to develop a methodology for helping to the design of autonomous electrification systems based on wind and solar energies, which is appropriate to the economic, technical and social aspects of rural communities in developing countries, and which considers the views of all stakeholders involved in the project.
The proposed design methodology is divided into 3 principal stages:
- In the first stage characteristics from the community to electrify are gathered through some initial assessments (socio-economic, resource and technical).
- The second stage is the design process itself and is divided into 3 decision levels, ordered according to the importance of the decisions to take. Specifically the influence on the cost of modifications on the demand (level 1), the system management (level 2) and the security of supply (level 3) are studied. Each decision level is divided into 2 steps: first several electrification alternatives are generated through a linear programming model, including technical and social considerations; second the most appropriate alternative is selected based on economic, technical and social criteria, through compromise programming multicriteria technique.
- The third stage, optional, allows trying to improve the cost of the obtained solutions, maintaining previously taken decisions.
To validate this research work, two experts in the field of rural electrification have acted as hypothetical users of the design methodology, and have carried out all the process for the real communities of El Alumbre and Alto Peru, both in Cajamarca (Peru). Thus, it is validated that the proposed methodology is suitable to design autonomous electrification systems. Specifically, it allows personalizing decision-making in a clear and structured way, evaluating many electrification alternatives and obtaining results that match user’s preferences up.