Feasibility analysis methodology for isolated microgrids with a focus on the non-interconnected zone of Colombia

Este trabajo de investigación desarrolló una metodología estructurada para la toma de decisión sobre la factibilidad de microrredes en las ZNI, partiendo del juicio de expertos se aplicó una encuesta semiestructurada de comparación pareada a diferentes especialidades: ingeniería, biología, antropología, estudios sociales y finanzas con la finalidad de formular un modelo de evaluación multicriterio basado en la metodología denominada Proceso Analítico en Red o ANP, desarrollada por el doctor Thomas Saaty; mediante la cual se construyó una arquitectura de cuatro (4) clústeres y 22 subcriterios para la evaluación comparativa de alternativas basada en una ponderación conjunta de todos los criterios y subcriterios de la red, garantizando así la objetividad en el proceso y también la integración de las influencias que pueden coexistir entre cada uno de los nodos de la red.RESUMEN XII CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1 1.2.1 Contexto mundial 1 1.2.1.1 Ejemplos del uso de microrredes en el mundo 3 1.2.2 Contexto Colombiano 7 1.2.2.1 Sistema interconectado nacional 7 1.2.2.2 Zonas no interconectadas 7 1.2.2.3 Matriz energética colombiana 8 1.2.2.4 Casos de éxito de microrredes en Colombia 11 1.2.2.5 Definición del problema 12 1.3 JUSTIFICACIÓN 13 1.4 OBJETIVOS 14 1.4.1 Objetivo General 14 1.4.2 Objetivos Específicos 14 1.5 ALCANCE 14 1.6 PRESENTACIÓN DEL DOCUMENTO 15 2 CAPÍTULO 2: ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE 16 2.1 FACTIBILIDAD FINANCIERA 16 2.2 FACTIBILIDAD SOCIAL 17 2.3 FACTIBILIDAD TÉCNICA 18 2.4 EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD MULTICRITERIO 19 3 CAPÍTULO 3: MARCO DE REFERENCIA 21 3.1 MARCO TEÓRICO 21 3.1.1 Eficiencia energética PAI-PROURE 2022-2030 21 3.1.2 Estudio de Factibilidad 22 3.1.2.1 Estudio de mercado 22 3.1.2.2 Aspectos administrativos 23 3.1.2.3 Aspectos institucionales 24 3.1.2.4 Aspectos Financieros 24 3.1.2.5 Aspectos socioeconómicos 25 3.1.2.6 Aspectos técnicos 25 3.1.2.7 Aspectos ambientales 26 3.1.3 Conceptos financieros aplicados al estudio de factibilidad de proyectos 26 3.1.3.1 Costo nivelado de la energía 26 3.1.3.2 Valor presente neto 27 3.1.4 Fuentes de energía renovable 27 3.1.4.1 Energía de biomasa 28 3.1.4.2 Energía Geotérmica 29 3.1.4.3 Energía solar fotovoltaica 30 3.1.4.3.1 Irradiancia 31 3.1.4.4 Energía eólica 31 3.1.4.5 Energía micro hidráulica 33 3.1.5 Microrred 34 3.1.6 Recursos energéticos distribuidos 36 3.1.7 Análisis multicriterio 37 3.1.8 El proceso analítico Jerárquico (AHP) 39 3.1.8.1 Fundamentación matemática del AHP 40 3.1.8.2 Matriz de comparaciones pareadas 42 3.1.8.3 Consistencia 44 3.1.9 El proceso analítico en red (ANP) 48 3.2 MARCO LEGAL 52 3.2.1 Ley 1117 de 2006 52 3.2.2 Ley 1715 de 2014 52 3.2.3 Ley 2099 de 2021 53 3.2.4 CREG 038 de 2018 53 3.2.5 Ley 2036 de 2020 54 3.2.6 Decreto 517 de 2020 Ministerio de minas y energía 54 3.2.7 Decreto 574 de 2020 Ministerio de minas y energía 54 3.2.8 Decreto ministerio de minas y energía 1623 de 2015 55 3.2.9 Resolución 18-1072 de 2008 55 3.2.10 CREG 091 de 2007 55 3.2.11 Subsidios para las ZNI 56 3.2.12 Incentivos y fuentes de financiación 57 3.2.13 IPSE 58 4 CAPÍTULO 4: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN 60 4.1 DESARROLLO DE OBJETIVOS 62 4.1.1 Caracterización zona no interconectada 62 4.1.1.1 Zona Amazonia 72 4.1.1.2 Zona Orinoquia 73 4.1.1.3 Zona Pacífico 73 4.1.1.4 Zona Norte 74 4.1.1.5 Zona Insular 74 4.1.1.6 Prestación del servicio 74 4.1.2 Factibilidad proyectos de energía renovable microrredes aisladas 83 4.1.2.1 Criterios técnicos 83 4.1.2.2 Criterios sociales y ambientales 87 4.1.2.3 Criterios financieros 88 4.1.3 Planteamiento de la metodología de estudio de factibilidad 90 4.1.4 Descripción de la metodología 98 4.1.4.1 Fase cero 98 4.1.4.2 Fase uno 99 4.1.4.3 Fase dos 99 4.1.4.4 Fase tres 100 4.1.4.5 Fase cuatro 100 4.1.4.6 Fase cinco 101 4.1.4.7 Fase final 101 4.1.5 Validación de la metodología 101 4.1.5.1 Contexto del municipio 102 4.1.5.2 Aplicación de la metodología 102 4.1.5.2.1 Participación de la comunidad evaluación socio económica 102 4.1.5.2.2 Cuantificación de la demanda de energía 104 4.1.5.2.3 Análisis técnico 105 4.1.5.2.4 Análisis financiero 111 4.1.5.2.5 Evaluación ambiental 115 4.1.5.2.5.1 Uso del suelo 116 4.1.5.2.5.2 Vida silvestre 116 4.1.5.2.5.3 Residuos peligrosos 116 4.1.5.2.5.4 Uso de baterías 116 4.1.5.2.5.5 Penalización ambiental 117 5 CAPÍTULO 5: RESULTADOS 119This research work structured methodology was developed for decision-making on the feasibility of microgrids in the ZNI, based on expert judgment, a semi-structured paired comparison survey was applied to different specialties: engineering, biology, anthropology, social studies and finance in order to formulate a multi-criteria evaluation model based on the methodology called Analytic Network Process or ANP, developed by Dr. Thomas Saaty; through which an architecture of four (4) clusters and 22 sub criteria was built for the comparative evaluation of alternatives based on a joint weighting of all the criteria and sub criteria of the network, thus guaranteeing objectivity in the process and also the integration of the influences that can coexist between each of the network nodes.Maestrí