Diseño de una microrred eléctrica basada en recursos energéticos distribuidos para el suministro de energía a la comunidad Tezhumke

Abstract

Este proyecto presenta el diseño de una microrred eléctrica basada en recursos energéticos distribuidos para el suministro de energía a la comunidad indígena de Tezhumke, perteneciente al resguardo arhuaco de la Sierra Nevada de Santa Marta, ubicada en el municipio de Valledupar, departamento del Cesar. La comunidad se inscribe dentro de las Zonas No Interconectadas (ZNI) de Colombia y carece de acceso a un suministro eléctrico continuo y de calidad, lo que afecta directamente la operación de sus tres infraestructuras comunitarias prioritarias: el puesto de salud, el Colegio Kanzasnamke y el centro comunitario. El diseño integra generación fotovoltaica, almacenamiento en baterías de tecnología LiFePO4 y generación diésel de respaldo, configurados bajo una topología centralizada trifásica de 277/480V, seleccionada mediante un modelo multicriterio que evaluó cuatro alternativas según criterios técnicos, económicos, operativos y de confiabilidad. La demanda total del sistema asciende a 90,88 kWh/día, con una carga instalada de 21 689Wdistribuida entre los tres nodos. El dimensionamiento final, optimizado en HOMER Pro, resultó en 48 módulos fotovoltaicos (32,2kWp), 20 baterías FLA24200, un inversor de 30kW y un generador diésel de 22kW. La validación del sistema se realizó mediante simulaciones en HOMER Pro y OpenDSS bajo tres escenarios operativos: operación normal, aumento de carga del 25 % e indisponibilidad parcial del arreglo fotovoltaico. En operación normal, el sistema alcanza una fracción renovable del 96,5 %, un LCOE de 571,35 COP/kWh y un consumo de diésel de 495 L/año, con todos los nodos operando dentro del margen de tensión admisible de ±5 % exigido por el RETIE durante las 8 760 horas del año simulado. Los resultados confirman la viabilidad técnica y económica del diseño propuesto para garantizar un suministro confiable, seguro y continuo a la comunidad Tezhumke.

This project presents the design of an electrical microgrid based on distributed energy resources to supply electricity to the indigenous community of Tezhumke, belonging to the Arhuaco reservation in the Sierra Nevada de Santa Marta, located in the municipality of Valledupar, Cesar department. The community is part of Colombia’s Non-Interconnected Zones (NIZ) and lacks access to a continuous and high-quality electricity supply, directly affecting the operation of its three priority community infrastructures: the health center, the Kanzasnamke School, and the community center. The design integrates photovoltaic generation, LiFePO4 battery storage, and diesel backup generation, configured under a centralized three-phase 277/480 V topology, selected through a multicriteria model that evaluated four alternatives according to technical, economic, operational, and reliability criteria. The total system demand amounts to 90.88 kWh/day, with an installed load of 21,689 W distributed among the three nodes. The final sizing, optimized in HOMER Pro, resulted in 48 photovoltaic modules (32.2 kWp), 20 FLA24200 batteries, a 30 kW inverter, and a 22 kW diesel generator. System validation was carried out through simulations in HOMER Pro and OpenDSS under three operating scenarios: normal operation, a 25% load increase, and partial unavailability of the photovoltaic array. Under normal operation, the system achieves a renewable fraction of 96.5%, an LCOE of 571.35 COP/kWh, and diesel consumption of 495 L/year, with all nodes operating within the ±5% allowable voltage margin required by RETIE throughout the 8,760 hours of the simulated year. The results confirm the technical and economic feasibility of the proposed design to guarantee a reliable, safe, and continuous electricity supply for the Tezhumke community.