Estudio de caso: Evaluación tecnoeconómica en la aldea de Gogma, Burkina Faso, África subsahariana
Por: Roberto Cerpa-Flores y María Cárdenas Gaudry
Los sistemas fotovoltaicos de bombeo de agua (SFBA) son una forma prometedora de proporcionar acceso sostenible al agua para uso doméstico en comunidades fuera de la red eléctrica. El costo de los sistemas fotovoltaicos actualmente es competitivo con el de otros sistemas de energías convencionales como el bombeo de agua con diésel; sin embargo, sigue siendo un desafío importante hacerlos asequibles para áreas de bajos ingresos económicos.
Un SFBA para uso doméstico consta de una matriz fotovoltaica, una motobomba, una fuente para recoger agua y un dispositivo de almacenamiento. Estos sistemas se diferencian principalmente por sus tecnologías de almacenamiento. Un sistema con un tanque de agua se denomina SFBA con tanque, y un sistema con un banco de baterías se llama SFBA con batería (Figura 2).
Para la selección del mejor sistema para un caso dado se requiere una comparación cuantitativa de sistemas optimizados.
Basalike (2015) encontró que el sistema voltaico con un banco baterías para un proyecto de riego en Ruanda tiene un costo inicial más alto que el sistema con tanque, pero es más eficiente y rentable porque produce un excedente de electricidad, que puede ser comercializada. Estos resultados no deben extrapolarse para aplicaciones de uso doméstico, debido a que la demanda y los usos del agua difieren mucho en términos de volumen y distribución temporal. Asimismo, las restricciones son menos estrictas para el riego: el volumen agregado requerido es fijo, pudiendo variar los períodos y las tasas de flujo de riego.
Pardo et al. (2020) compararon estas dos opciones de almacenamiento (tanque y batería) en otro marco que es una red urbana de agua a presión. Se diseñó un método para comparar las dos opciones en función de su período de recuperación. Este método requiere de un modelo hidráulico calibrado y considera el consumo mensual de una red urbana y no la necesidad horaria de agua de una población. Así concluyeron que el almacenamiento con batería es menos costoso, y que no debe considerarse como una conclusión universal ya que depende de la red y las características propias del lugar.
Soenen et al. (2021) analizaron el impacto en los recursos hídricos subterráneos y las dificultades con la operación y mantenimiento de los sistemas en una aldea de Gogma (Figura 1), ubicada en Burkina Faso en el África subsahariana y que alberga a 1100 habitantes y que no poseía agua continua hasta que un SFBA con tanque fue instalado en enero del 2018. El SFBA proporciona agua a unos 280 habitantes del pueblo y se bombean alrededor de 8 m3 al día durante la estación seca y alrededor de 6 m3 durante la estación húmeda. Para encontrar el sistema más adecuado para un cualquier caso particular, es necesario comparar los sistemas optimizados por separado y determinar el sistema más económico.
La evaluación tecnoeconómica realizada para Gogma define el dimensionamiento óptimo para los dos sistemas: con batería y con tanque. Los resultados de la optimización indican que optar por un SFBA con batería en lugar de un SFBA con tanque reduce el costo del ciclo de vida del sistema en un 22% ($31.1k para el sistema con tanque y $24.1k para el sistema con batería). Además, la distribución de costos durante la vida útil del sistema es diferente entre las dos soluciones. El costo inicial es ligeramente mayor para un SFBA con tanque (84% para el sistema con tanque contra 74% para el sistema con batería). Los resultados encontrados para este estudio en Gogma podrían ser relevantes para pueblos aislados similares. Dado que los costos iniciales y del ciclo de vida son barreras para la instalación de estos sistemas en las áreas rurales, el SFBA con batería puede beneficiar a una mayor parte de estas áreas. Sin embargo, la batería requiere ser reemplazada varias veces a lo largo de su vida útil (20 años) mientras que el tanque dura toda la vida útil de SFBA.
En esta investigación solo se han considerado las baterías de plomo-ácido debido a que es la única tecnología actualmente disponible ampliamente en áreas rurales de bajos ingresos. Sin embargo, las baterías de iones de litio, que están surgiendo en áreas rurales y aisladas para sistemas autónomos de energía renovable, podrían mitigar algunos desafíos, en particular gracias a su mayor vida útil y mayor modularidad.
Con respecto al sistema con tanque, es de conocimiento que para volúmenes entre 2 y 10 m3 se suelen utilizar tanques de plástico, por lo que además sería útil ampliar la gama de los tanques con sus respectivos costos, ya que se podría encontrar tanques más económicos, con un volumen inferior a 5 m3.
La metodología de optimización y el enfoque de comparación desarrollados en este artículo se pueden utilizar y replicar en otros lugares de los países en desarrollo y donde se conocen la irradiancia, la temperatura y la demanda de agua de la población.
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