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1er CURSO ARIAE DE
REGULACIÓN ENERGÉTICA
Costes de generación de energía eléctrica
Claudio Damiano
ENRE - Argentina
17 al 21 de Noviembre de 2003.
Centro Iberoamericano de Formación de la Agencia Española de Cooperación Internacional
LA ANTIGUA – GUATEMALA.
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Energías primarias y secundarias
E = m.c2
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Sesiones vinculadas
• Sesión A.1.4. Regulación de los costes medioambientales y sociales de los sectores de la energía.
Sra. Dª. Carmen Fernández Rozado,• Sesión A.1.5. Análisis comparativo de los distintos esquemas
regulatorios para promover la generación con fuentes de energía renovables.
Sr. D. Carlos Solé Martín, • Sesión A.3.1. Introducción. Aspectos técnico-económicos del sector
del gas natural.
Sr. D. Raúl Monteforte,
• Sesión B.2.1. Costes de extracción y aprovisionamiento de gas natural.
Sra. Dª. Sandra Fonseca,
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hidráulica térmica nuclear eólica solar química
Energías primarias
Coexisten diferentes energías primarias y diferentes tecnologías para transformarlas.
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Energías primarias: características
Cuales son mas usuales?
Cuales se distinguen por su costo de capital?
Cuales por el costo en insumo?
Cuales por su costo ambiental?
hidráulica térmica nuclear eólica solar química
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Energía primaria Hidráulica
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Tecnologías de generación hidráulica
Pequeñas centrales Pelton Kaplan Bulbo
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Energía primaria térmica
ENERGIA = EXERGÍA + ANERGIA
EXERGÍA
ANERGÍA
Explica parcialmente diferencias de precios entre combustibles (net back?)
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con combustible fósil
sin combustible fósil– renovables: hidroeléctricas, solar, eólica,
biomasa, geotérmica.
– no renovables: Nuclear
Tecnologías de Generación usuales
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Tecnología base combustibles fósiles Tecnologías base combustibles de origen no fósilNo renovables Renovables
Turbinas a gas Nuclear HidroeléctricasLWR Convencional Grandes
Ciclo combinado LWR avanzado PequeñasPHWR convencional
Calderas comb. fósiles PHWR avanzado GeotérmicasConvencionales Reactor reproductor rápido ConvencionalesAvanzadas Reactor refrigerado por gas Binarias
Reactores peq. y med. potencia GeopresurizadasCombustión lecho fluidizado Roca caliente secaA presión CLFP MagmaPresión atmosférica CLFA
EólicasCeldas de combustibles TerrestresGas natural MarinasGasificación integrada
SolarCiclo avanzado Torre solarCiclo binario Rankine Parabólico de un solo pasoGasificación/híbrido base CLFP Disco parabólico/ciclo SterlingMagnetohidrodinámica Fotovoltáico a base de cristal
Fotovoltáico amorfoGasific. carbón/ciclo combinado Fotovoltáico de película delgada
Concentradores fotovoltáicosCiclo combinado comb dta de carbón
BiomasaDesechos de recolecciónCultivos energéticosResiduos urbanosGas de vertederoCombustiónMareotérmicaMareomotrizOlas
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Tecnologías usuales de generación térmica
Motores diesel Turbinas de gas Turbinas de vapor Ciclos combinados Nuclear
– Pueden utilizar distintos combustibles– Rendimientos en kcal/kWh
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Combustibles fósiles usados en generación térmica
Carbón Gas Natural Gas liquificado de petróleo Fuel Oil Diesel Oil Gas Oil Orimulsión
Estrategias de compra
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Clasificación de costos Costos Fijos:
– Costo de Inversión
Costos variables– Costo de combustible– Costo variable sin combustible
Otras clasificaciones: Medios y Marginales, Corto y Largo Plazo.
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Características por Tipo tecnológico
Tipo Inversión
u$s/kW
Constr
años
ConsEspec
kcal/kWh
Combust Tiempoarranq
Hidro 1600-2200 3-8 Agua 1 a 7 min
Nuclear 1500-2100 6-8 2400-2700 Ur 20 a 40 hs
TV 700-1200 2-4 2200-2500 CMFOGN
12 a 36 hs
TG 300-400 0.5-2 2500-3000 GOGN
7 a 20 min
CC 500-650 1.5-2.5 1600-2100 GOGN
2 a 6 hs
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Costo de capital por tecnología
Costo de Capital u$s/kW
0
500
1000
1500
2000
TGCA
CC EO TV NU HID
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Costo de generación por tecnología
Costo de Generación u$s/kWh
0
5
10
15
20
Hs/reserv
Hc/reserv
TG b.p. TG COM TG GBA
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TG
CC
TV
Nuclear
Hs/año
$/kW año
Costo de Inversión en función de las horas de Operación
Costos por tecnología
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TG
CC
TV
Nuclear
Hs/año
$/kW año
Costo de Producción en función de las horas de Operación
Costos por tecnología
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Evolución de Costos por tipo tecnológico
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Evolución de Costos por tipo tecnológico
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Evolución de Costos por tipo tecnológico
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Generación térmica en un sistema
Hasta aquí, analizamos máquinas individualmente.
Pero las máquinas de generación eléctrica se interconectan para satisfacer a la demanda en forma conjunta:
Ejemplos de los efectos de la evolución tecnológica Conceptos de pool y curva monótona. Cómo sobrevive una máquina de alto costo de combustible? … y
una de alto costo de capital? Los costos de producción de cada una de ellas determinarán su
posición en el DESPACHO.
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Evolución de Consumos Específicos
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Evolución de un parque de generación
0
5000
10000
15000
20000
25000
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
MW
HID
CC
TV
TG
DI
NUC
DEM
51,88
41,238,71
28,33 27,5323,24 25
27,19 29,4124,1
21,7
%IND
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Evolución de una curva de Oferta Térmica ($/MWh)
020406080
100120140160180200220240260280300320340360
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000
MW
$ / MWh
19922001
2002
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Curva monótona de demanda
MW
8760 hs
Demanda
Horas de Punta
Demanda máxima del Sistema
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Despacho
Las Hidroeléctricas se encargan del suministro de punta => pueden transferir energía fácilmente entre distintos horarios de demanda según la capacidad de los embalses.
Sistemas hidrotérmicos: Aprovechan ventajas complementarias de las distintas tecnologías
tratando de evitar:. Déficit de energía: Insuficiencia de energías primarias, o inversión
inadecuada ó evento extremo.
Déficit de potencia (punta): indisponibilidades, pérdidas por reducción de altura de embalses, insuficiencia de transmisión o inversión inadecuada en capacidad instalada.
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La aleatoriedad hidráulica afecta la disponibilidad de potencia
Pmáx
Pmáx
MW MW
Húmedo Medio Seco Húmedo Medio Seco
Capacidad hidráulica Capacidad térmica
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La capacidad del sistema depende de la variabilidad hidrológica
Pmáx
MW
Húmedo 80%
Medio 50%
Seco 15%
Demanda Máxima
Muy Seco 5%
Evento crítico
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El evento crítico se produce en horas de demanda máxima y en hidrologías secas
MW
8760 hs
Hidrología Seca
Demanda
Horas de Punta
Hidrología Media
Hidrología Rica
Capacidad probable del Sistema
Alta probabilidad de cortes
Baja probabilidad de cortes
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Despacho en base a costos marginales
Costo de suministrar una unidad adicional.• Permite que se tomen, descentralizadamente, decisiones
de inversión y operación que tienden a un óptimo global = combinación óptima de tecnologías de generación para abastecer la demanda.
En estas condiciones, los ingresos por ventas de energía al costo marginal instantáneo, más los ingresos por venta de potencia al costo de desarrollo de una unidad de punta, son iguales al costo de capital más los costos de operación para cada tipo de unidad generadora del sistema.
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Dmax
8760 hsT1 T2
T1 T2
P1
P2
P3
Tecnología 1 Tecnología 2
Tecnología 3Costo $
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E = 78840 GWh
8760 hs
14000 MWP = 14.000 – 1.142 * t
P
4000 MW
Supongamos que se debe abastecer la siguiente curva de carga:
Se dispone de las siguientes tecnologías de generación:
Central Costo Inversión Costo Operaciónu$s/kW u$sMWh
C1 300 60
C2 500 25
C3 1000 10
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Tamaño óptimo tecnología C1:
30 + 0.060*t = 50 + 0.025*t =>C1= 652 MW
Tamaño óptimo Tecnología C2:
100 + 0.010*t = 50 + 0.025*t =>C2= 3153 MW
Tamaño óptimo Tecnología C3 =>C3= 10195 MW
Tamaño óptimo de cada Tecnología
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E1
7814 GWh
571 hs
14000 MW
P
4000 MW
E2
32511 GWh
E3
38515 GWh
2762 hs 5427 hs
CMg3=10 u$s/MWh
CMg2=25 u$s/MWh
CMg1=60 u$s/MWh
Ingresos de generadores por energía a costo marginal = 1667 Mill u$s
Resultados de la optimización
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Energía Generada = 78840 GWh
C1= 186 GWh C2= 6156 GWh C3= 72498 GWh
Costos de Operación = 890 mill u$sC1= 186 C2= 6156 C3= 72498
Costos de inversión anualizada = 1197 mill u$sC1= 19.6 C2= 157.6 C3= 1019.5
Costo Total de inversión y operación anual = = 1197+ 890 = 2087 mill u$s
Resultados de la optimización
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Costo Total de inversión y operación anual = 2087 mill u$s
Ingresos de generadores por energía a costo marginal = 1667
Mill u$s
Ingresos anuales por potencia = 420 Mill u$s Recaudación total por potencia = demanda máxima (14000 MW)
multiplicada por el precio de la potencia (costo de inversión de la unidad
de punta C1, 30 u$s/año).
Equilibrio Ingresos totales = costo de inversión y operación
Resultados de la optimización