Conrado Moreno Figueredo
Centro de Estudios de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER)
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Guillermo Leiva Viamonte
ECOSOL SOLAR, COPEXTEL S.A.
Ave 31, La Habana, Cuba.
Leandro Matos Velunza
Unión Eléctrica (UNE)
Ave. Salvador Allende, La Habana, Cuba.

 

Resumen
En el trabajo se presenta una panorámica del estado actual de la energía eólica en Cuba. Se presentan, además, aspectos de interés de la política gubernamental y del programa estratégico de la energía eólica para el decenio del 2000 al 2010. De esta estrategia se deriva el proyecto del parque eólico de Cayo Coco que aquí se expone.

El propósito principal de este proyecto es la instalación de un parque eólico acoplado a una red eléctrica local alimentada desde plantas de generación diesel en la pequeña isla conocida como Cayo Coco. Este proyecto demostrativo es el primer paso para la aplicación de sistemas híbridos eólico-diesel en pequeñas islas con desarrollo turístico.

La primera fuente de electricidad en estos sitios proviene de plantas de generación diesel. Este proyecto plantea una alternativa a partir de una fuente de energía limpia. Dicho proyecto es apoyado por la Unión Eléctrica de Cuba. En el trabajo se presentan las características de este proyecto demostrativo y de otro proyecto de un parque eólico de 30 MW en Matanzas. Ambos se encuentran en etapa de negociación.

Introducción
La política energética cubana referida a la electricidad está dirigida a asegurar el suficiente suministro de esta energía acorde con el desarrollo energético esperado. En los últimos cinco años, el consumo energético en Cuba ha crecido establemente en la misma manera que la economía nacional ha recobrado su salud. La generación de electricidad se basa aún en el uso intensivo de los combustibles fósiles, pero la estructura de tal generación ha cambiado. Más de 50 % de toda la potencia es obtenida del llamado crudo nacional, un combustible barato que ha permitido a nuestra economía reducir la importación de petróleo, aunque pagando una cuota de daños al medioambiente. El pronóstico es alcanzar en los próximos cinco años 90 % de la generación de electricidad usando el petróleo nacional, pero también mejorando las tecnologías que reduzcan los impactos medioambientales asociados a su uso.

Cuba cree firmemente que el desarrollo y la aplicación de la potencia eólica, así como otras fuentes renovables de energía, son la clave para el futuro, no solo para nosotros, sino para todo el mundo. Una revisión de las oportunidades del uso de la potencia eólica en nuestro país, muestra que las principales oportunidades están en los sitios donde no hay red eléctrica, fenómeno común en áreas rurales de los países en desarrollo. Miles de sistemas aislados para el bombeo de agua operan en Cuba, pero el uso de pequeños sistemas aislados de energía eólica es limitado y prácticamente no existen.

Situación del uso y la comercialización de la energía renovable
En los últimos quince años, las condiciones básicas han sido creadas para impulsar el uso de algunas energías renovables como complemento al balance energético nacional y para la electrificación de objetivos aislados.

La industria azucarera ha usado tradicionalmente el bagazo (residuo sólido de la molienda de la caña de azúcar) como combustible renovable (en cada campaña millones de toneladas tienen que ser eliminadas) para generar vapor de proceso y complementariamente para generar electricidad para otros usos.

Cerca de 150 micro y mini plantas hidroeléctricas han sido instaladas, la mayoría de ellas entregan electricidad al Sistema Electroenergético Nacional (SEN) y otras suministran electricidad a pequeños poblados no conectados a la red eléctrica nacional.
Mas de tres mil sistemas autónomos fotovoltaicos han sido montados para el suministro de consultorios médicos, escuelas, hospitales y centros sociales en áreas rurales no conectadas al SEN.

A pesar de que la Ley Eléctrica Cubana no estimula especialmente el uso y comercialización de las energías renovables, algunas regulaciones complementarias permiten a los productores independientes de energía vender electricidad a la red eléctrica nacional.

En el momento actual estas regulaciones benefician al Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH), que maneja y opera las micro y mini plantas hidroeléctricas, y al Ministerios de la Industria Azucarera (MINAZ), que maneja y opera más de 150 ingenios azucareros, algunas docenas de los cuales cogeneran electricidad.

Lo mencionado anteriormente se puede interpretar como un antecedente muy importante pues indica la posibilidad de que la Unión Eléctrica (UNE), que es propietaria y opera la SEN, acepte la compra de electricidad generada mediante energía eólica por productores independientes cubanos, ya sean estatales o privados o por asociaciones comerciales entre compañías cubanas y extranjeras, en estas regiones donde los pronósticos de la UNE indiquen que pueda aparecer déficit de generación, como son los casos de la región occidental y Cayo Coco.

La clave del éxito será encontrar un adecuado y razonable precio de venta, conveniente para ambas partes, considerando que aun no existen incentivos especiales y no se prevén subsidios que vengan a soportar las inversiones en potencia eólica, tanto de fuentes nacionales como extranjeras.

La política energética cubana actual y el uso de la potencia eólica y otras renovables
Como se estableció en la introducción, la política energética actual se pronuncia por un crecimiento continuo del uso del crudo nacional como fuente principal de combustible en las plantas termoeléctricas, que son responsables de más de 83 % de la generación de electricidad en Cuba. Se espera que el petróleo crudo nacional cubra 90 % del consumo de combustible dentro de los próximos cinco años, lo que permitirá al SEN generar electricidad a un costo menor que 0,04 USD/kWh. Para alcanzar exitosamente esta meta una intensiva modernización de las plantas termoeléctricas se lleva a cabo, lo que junto con el combustible barato pueden lograr estabilizar el suministro de electricidad a la red nacional.

La industria azucarera ha sido llamada a incrementar su participación en el balance energético nacional, mejorando principalmente su eficiencia en la generación de electricidad y añadiendo capacidades basadas en el uso del bagazo como combustible principal, una fuente renovable que suministra actualmente cerca de 10 % de la generación anual de electricidad a escala nacional, pero solamente en los cuatro o cinco meses que duran las zafras.

Existen limitaciones prácticas a los intentos de desarrollar el mercado de parques eólicos conectados a la red eléctrica. Las principales limitaciones para el desarrollo del mercado eólico en Cuba son:

쨌 El costo de generación debe estar por debajo del costo evitado de la energía.
쨌 El bajo costo de la electricidad convencional para el sector industrial.
쨌 Gran disponibilidad de combustibles fósiles.
쨌 No hay un programa nacional para el desarrollo de la energía eólica.

Una situación diferente se prevé para las nuevas áreas con desarrollo turístico, principalmente en los cayos de la costa norte, donde varios miles de habitaciones serán construidas en los próximos diez o quince años. Debido a su localización geográfica no es prácticamente factible unir estas áreas a la red nacional por lo que deberán instalarse sistemas eléctricos autónomos.

Donde el desarrollo turístico ya ha comenzado nuevas plantas diesel han sido instaladas, y la electricidad es muy cara (entre 0,09 y 0,11 USD/kWh); esto hace que la potencia eólica compita exitosamente. Lo anterior se confirma con la potencialidad del viento en estas regiones donde se alcanzan factores de capacidad mayores de 29 % en las zonas centrales, o de 31 % en las islas de la región centro-este, operando con turbinas eólicas de media y gran capacidad (mayores de 500 kW). 

Como las soluciones más convenientes en estos casos son parques eólicos conectados a la red eléctrica local o los sistemas híbridos eólico-diesel desde el punto de vista económico y técnico, es necesario hacer un estudio para cada caso, pues las redes locales y las inversiones en cuanto a capacidades de generación tienen actualmente diferentes niveles de desarrollo.

De todas formas, el precio de la electricidad que se establezca es la clave del éxito junto con una política por parte de los tomadores de decisión que permita conformar una estrategia para el desarrollo de la potencia eólica. Se mantiene una falta de comprensión acerca de la potencialidad de esta fuente, una falta de confianza en la tecnología debido al conocimiento limitado de esta, y los problemas en la operación de los proyectos demostrativos aparecen como las mayores limitaciones para el desarrollo de esta estrategia.

El potencial eólico
De acuerdo con el estudio Evaluación del potencial eólico cubano (de 1991 a 1998), detenido actualmente por falta de financiamiento, y el Atlas eólico cubano preliminar, la costa norte desde Villa Clara hasta Guantánamo es una región de altas velocidades del viento, donde por lo menos ocho zonas han sido identificadas con velocidades medias anuales superiores a 5,7 m/s a 10 m de altura. No obstante, el régimen de viento no es homogéneo y es fuertemente influenciado por condiciones locales, debido a la positiva interrelación entre los vientos alisios y las brisas locales, los eventos meteorológicos estacionales, tales como los frentes fríos provenientes de Norteamérica y otros que refuerzan el régimen de viento en la costa norte, fundamentalmente en la parte este.

Lo anteriormente mencionado, junto con las ventajas del paisaje y el uso limitado de la tierra, empleada fundamentalmente para la agricultura y el ganado, crean buenas condiciones para instalar entre 200 y 500 MW en la isla grande (de 5 a 12 %) de la capacidad de generación instalada actualmente por la SEN en dependencia del tamaño de las turbinas que se empleen.

El uso de la potencia eólica en los cayos de la costa norte también tiene un buen potencial y el mejor pronóstico para en un corto y medio término instalar parques eólicos conectados a la red, debido al excelente régimen de viento y las ya mencionadas condiciones para instalar parques eólicos y los altos costos de generación con la suficiente disponibilidad de terrenos.

Un pronóstico preliminar y parcial, considerando un escenario de crecimiento del turismo de 10 000 habitaciones en los cayos dentro de los próximos diez años, ó 40 MW de capacidad de generación distribuida, señala que la potencia eólica pudiera contribuir con no menos de 20 MW de capacidad de generación efectiva para una penetración de 50 % (equivalente a instalar no menos de 70 MW). En qué medida pudiera ser realista este escenario y cuáles son las verdaderas oportunidades de la energía eólica, son algunos de los aspectos a esclarecer por nuestros investigadores y especialistas en un corto tiempo, conjuntamente con la participación de compañías foráneas interesadas en invertir en el sector eléctrico cubano. 

Implementación de la potencia eólica en Cuba
En 1999, una pequeña potencia eólica fue conectada al Sistema Electroenergético Nacional. Basado en tres años de evaluación del potencial eólico (de 1993 a 1996) y un soporte financiero de ONG's europeas, la UNE (Unión Eléctrica) y el apoyo de la ONG cubana CUBASOLAR, un parque eólico conectado a la red de 2 x 225 kW fue desarrollado y puesto en marcha en mayo de 1999. 

La capacidad original era de 1 MW, pero las limitaciones financieras llevaron a que se instalaran dos máquinas españolas ECOTECNIA 28/225, con 30 m de altura de torre e incluido 1 MVA de transformador y capacidades de control remoto que permitirán completar su capacidad original en el futuro. El parque eólico ha suministrado a la red alrededor de 998,5 MWh/año.

Con la experiencia de ingenieros de ECOTECNIA, un grupo de expertos cubanos desarrolló la ingeniería, la construcción, el ensamblaje en el terreno y la puesta en marcha. El grupo cubano recibió entrenamiento para operar la instalación. 

Los datos operacionales de los primeros dos años muestran que las unidades se han comportado como se esperaba, en un régimen de viento con una velocidad media anual de 5,1 m/s a 10 m de altura, una k de Weibull igual a 2,4 y una C de 6,2 m/s. Con este régimen medio de viento se alcanzaron factores de capacidad mensuales de 22 %.
La capacidad total instalada de turbinas eólicas en Cuba ha permanecido constante e igual a 0,45 MW. Otros dos proyectos continúan en negociación.

La proyección es desarrollar por primera vez en Cuba dos proyectos comerciales de generación de electricidad por medio de energía eólica, implementando dos parques eólicos en dos regiones donde la UNE pronostica déficit futuro de electricidad, teniendo en cuenta que como consecuencia de una orientación gubernamental a favor de la conservación del medio ambiente se ha tornado muy importante para introducir capacidades de generación basadas en tecnologías acordes con el medio ambiente, tanto en sistemas conectados al SEN como sistemas aislados en ecosistemas.
Los objetivos de estos dos proyectos son:

쨌 Implementar antes de 2004 un parque de 30 MW conectado al SEN en el punto conocido como La Cumbre, cerca de la ciudad de Matanzas, a 100 km al Este de la Habana y a 40 km de la playa de Varadero, el principal polo turístico de Cuba.
· Instalar antes de 2005 un parque eólico de 6 MW conectado al sistema eléctrico autónomo en Cayo Coco, un polo turístico en desarrollo en el Norte de la provincia de Ciego de Ávila, que tiene un sistema de potencia aislado de la red basada en dos plantas eléctricas diesel, de 3,9 MW cada una, y que emplean fuel oil pesado y, además, varias plantas diesel de apoyo de 1 MW, de tecnología obsoleta.

Parque eólico de 30 MW en la provincia de Matanzas
La región occidental es la más poblada y con la mayor concentración industrial de Cuba, con los dos mayores polos turísticos de la nación: La Habana y la playa Varadero.

A pesar de que esta región tiene cuatro centros de generación con plantas termoeléctricas (una planta con 8 unidades en el Mariel 700 MW de potencia instalada, tres plantas en la ciudad de La Habana con más de 200 MW, una planta en Santa Cruz del Norte con 300 MW y una planta en la ciudad de Matanzas con una unidad de 330 MW), todas conectas al SEN por medio de tres líneas de transmisión de 220 KV y varias líneas de 110 kV, existe un importante déficit de energía en la región, un alto consumo específico de fuel oil y las unidades son de tecnologías obsoletas (excepto la planta de Matanzas), las que han sido mejoradas y parcialmente renovadas en los años recientes.

En los últimos años, el SEN ha cambiado progresivamente la estructura del consumo de fuel oil, sobre la base de quemar directamente el petróleo crudo nacional cuya refinación es difícil y cara. Se prevé que este combustible cubrirá más de 90 % de las necesidades de generación en los próximos años. A pesar de ser mucho más barato el uso del tradicional fuel oil pesado, lo que ha permitido reducir los costos de generación del kWh, este cambio produce un incremento de los costos de mantenimiento por el alto contenido de sulfuro, lo que a la vez causa la emisión de miles de toneladas de sustancias contaminantes a la atmósfera, suelos y aguas.

Las condiciones anteriormente descritas son favorables para promover la instalación de un parque eólico 30 MW, que contribuya con alrededor de 70 GWh/año (estimando un factor de capacidad de 27 %), que sustituye el consumo de casi 16 000 ton/año de fuel oil y evita la emisión de 37 000 ton/año de sustancias contaminantes.

El parque eólico pudiera estar integrado por turbinas de 750 kW (40 unidades), de 1 000 kW (30 unidades) o de 1 500 kW (20 unidades), dependiendo de los resultados del estudio de factibilidad que debe realizarse, donde algunos aspectos críticos deben tenerse en cuenta en la factibilidad, como la disponibilidad y precios de la renta de las grúas y camiones de gran capacidad para trasladar los principales componentes de las máquinas, de acuerdo con sus dimensiones.

El parque eólico estaría distribuido a lo largo de uno o ambos lados de la Vía Blanca, la más importante autopista turística en Cuba, en la cima de una elevación de más de 100 m de altura por encima del nivel del mar, con una suave inclinación y donde las turbinas tendrían una excelente exposición a los vientos alisios prevalecientes del Noreste. Las máquinas pudieran estar dispuestas en cuatro, tres o dos filas, de acuerdo con la cantidad de unidades, siempre alineadas en filas del NNO al SSE.

El sitio preseleccionado tiene algunas irregularidades y una vegetación dominante de yerbas con aislados arbustos. La tierra se dedica por lo general a la ganadería, no hay poblados ni fábricas en los alrededores y está a 4 km de la ciudad de Matanzas, un importante puerto y centro industrial.

Por el Norte y por el Este, el sitio está muy bien expuesto a los vientos dominantes originados por la combinación de los vientos alisios del Noreste, con el refuerzo de las brisas marinas y un excelente accidente geográfico, el Valle de Yumurí, que se extiende al Sudoeste de la colina.

Parque eólico de 6 MW en Cayo Coco
Cayo Coco es uno de los más importantes polos turísticos en desarrollo en Cuba y posee un vertiginoso crecimiento con un impresionante aumento de la demanda eléctrica, por lo que se prevé que la capacidad total a instalar de sistemas de generación autónomos en la región (incluye Cayo Guillermo) alcanzará al menos 40 MW en el 2010.

La estrategia de desarrollo actual para el sistema de generación local está basada en la instalación de tres nuevas plantas diesel de potencia nominal de 3,9 MW, que usan fuel oil pesado (una de ellas ya se encuentra en operación en Cayo Coco; y otra, en Cayo Guillermo), la conexión de los sistemas autónomos de ambos cayos y el uso de la ya obsoleta planta diesel de 1 MW como unidad de apoyo.

El uso de las unidades que usan fuel oil pesado, más eficientes que las existentes, ha permitido reducir el costo de generación del kWh en ambos cayos, pero se incrementan las emisiones de gases contaminantes, al mismo tiempo que los sistemas no tienen unidades nuevas de media capacidad de potencia para operar en los picos de demanda en forma eficiente.

Adicionalmente, las principales atracciones turísticas de la pequeña isla son su medioambiente, con excelentes playas y una vegetación original muy bien conservada, junto a una gran diversidad de la fauna. Así, una de las principales directivas para su futuro desarrollo es preservar el medioambiente incluyendo la introducción de las fuentes renovables de energía en el balance general de energía.

Las condiciones descritas son favorables para promover la instalación de un parque eólico de 6 MW para contribuir con alrededor de 15 GWh/año (asumiendo un factor de capacidad de 29 %), desplazando un consumo de combustible de cerca de 3 450 ton/año de fuel oil, y evitando la emisión de 7 900 ton/año de sustancias contaminantes.

El primer problema es alcanzar una penetración del viento que no exceda 15 % de la potencia total a instalar en la región (40 MW), con un parque eólico de 6 MW que pudiera generar cerca de 5 % de la demanda total de energía para el 2010. Un estudio detallado del pronóstico de consumo y la generación en Cayo Coco pudiera llevar a la decisión de sí es ventajoso y técnicamente factible la instalación de una mayor potencia eólica en el futuro o no.

El sitio candidato para instalar el parque eólico se ubica en el interior de la isleta, entre el área actual de desarrollo hotelero y la estación de potencia, a casi 4 km de la costa norte, dentro de la vegetación natural existente con una altura media de 6 m, y a la distancia de 500 m de la carretera más cercana, a lo largo de la cual corre una línea de distribución subterránea de 13 kV. El desarrollo tendría que hacerse con la mínima alteración de la vegetación, de forma tal que se preserven las condiciones originales.
El parque estaría integrado por ocho unidades de 750 kW, o seis unidades de 1 000 kW, o cuatro de 1 500 kW, de acuerdo a los resultados del estudio de factibilidad que debe realizarse, la disponibilidad de grúas de alta capacidad y de camiones rastras para la transportación de los principales componentes de las máquinas, acorde con sus dimensiones. Las turbinas pudieran emplazarse tanto en una simple fila o dos filas en paralelo.

Conclusiones
Está claro que un nicho de oportunidad económico para la energía eólica ya existe en los escenarios de servicio publico y comercial. El reto es establecer e implementar la estrategia apropiada para crear un conveniente mercado eólico.

Las condiciones básicas existen para empezar a desarrollar el mercado eólico cubano (el potencial eólico, el crecimiento de la demanda de energía, las capacidades técnicas y los expertos). Limitaciones financieras, los bajos costos de la electricidad convencional y la falta de un programa nacional para la potencia eólica en el desarrollo sustentable lo hacen aún inmaduro e impredecible. La participación de inversionistas extranjeros y un buen crédito se tornan los puntos claves para el futuro crecimiento del mercado. Los dos proyectos en negociación son una buena oportunidad para los inversionistas extranjeros.

La mejor oportunidad a menor plazo se localiza en los sistemas autónomos que suministran energía a instalaciones turísticas aisladas de la red eléctrica en los cayos, donde la potencia del viento competiría ventajosamente con el costo de la generación diesel, como en el proyecto de parque eólico en Cayo Coco.

Referencias
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2. MORENO, C. ET AL. El aerogenerador T7-10KW, Proceedings of Sustainable Applications for Tropical Island States, San Juan, Puerto Rico, 1999.
3. MORENO, C. ET AL. Proyecto eólico de Cabo Cruz, Technical Report, Havana, Cuba, 1999.
4. MORENO, C. ET AL. Status and further development of wind energy in Cuba, Proceedings of European Wind Energy Conference, Kassel, Germany, 2000.
5. LEIVA, G. ET AL. The 0,5 MW Demonstration Wind Farm in Turiguanó. First Technical Report on operation start up. Havana, 1999.
6. LEIVA, G. ET AL. Cayo Romano's Hybrid wind-diesel system. First Technical Report on operation start up. Havana, 2000.