Energía en Chile para el Siglo XXIEl caso de las Renovables

Prof. Roberto Román L.Universidad de Chile

Roberto Román L.: Ingeniero Civil Mecánico; especialista en Termofluidos. Formación post grado en energía solar. Profesor Asociado de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile. Actualmente Vicepresident of Membership Affairs de la International Solar Energy Society (ISES). Esta es la Organización científica más extensa y más antigua en energía solar en el mundo.

Investigador y Consultor en energías renovables tanto a nivel nacional como Internacional.

Formador de EcoMaipo: una organización dedicada a educación, formación y llevar las energías renovables a sectores menos favorecidos.

A modo de presentación

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Crecimiento eléctrico en el SIC Evolución de las tecnologías (costos

nivelados de energía, calculados por Bloomberg)

Alternativas al 2011, 2020 y 2030 Curva actual de demanda e impacto de

ERNC El caso de la energía solar Conclusiones

Temario:

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 20100

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

SING SIC Total

[GW

H/a

ño

]Demanda Histórica

Chile 1993-2010

6,7%

22%

5,4%

Demanda Histórica Chile 2000-2010

5%

3,9%

4,1%

PIB y Demanda Energía Eléctrica 2003-2010

Realidad de nuestro sistema eléctrico

Realidad: Para el SIC y el SING, el aumento de demanda estará en torno al 3,5 a 4,5% al año. Es consecuencia de mayor eficiencia y cambios tecnológicos que están ocurriendo en el mundo y Chile. Como también de mayor costo de los combustibles “tradicionales”

Esto implica que para duplicar demanda deben pasar al menos 15 a 17 años…

Como ha crecido el SIC

En la última década la inversión ha sido sobre todo térmica. Se ha privilegiado poca inversión.…

Como ha crecido el SIC

Demasiado diesel y gas, lo que lleva a muy altos costos marginales.…

Las ERNC son demasiado caras…

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Para analizar esta afirmación, NRDC contrató el expertise de Bloomberg New Energy Finance (BNEF) y de Valgesta Energía.

Realizaron un estudio sobre el costo nivelado de la energía (LCOE)

¿Qué es el costo nivelado de energía?(LCOE)

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DESCRIPCIÓN DEL MODELO DE COSTO NIVELADO DE ENERGÍA

Costo de desarrollo

Costo del equipo

principal

Costo de construcci

ón

Factor de capacidad

Inversión en

acciones

Flujos de efectivo después

de impuestos

Tasa Interna

De Retorno(10%)

Precio(LCOE)

Especulación sobre el

precio de la energía

Análisis fiscal

Costo variable de O&M

Ingresos

Costo fijo de O&M

Depreciación

Análisis del flujo de efectivo

Análisis de la construcción

Análisis anual de operaciones

Fuente: Bloomberg New Energy Finance.

Al indicar el precio que permite a una tecnología vender electricidad de manera rentable, la técnica permite que el LCOE sea representativo en un proceso competitivo de licitación para contratos de energía reales.

Conclusiones principales delanálisis del costo nivelado de energía

En general, las ERNC se harán cada vez más competitivas con las fuentes convencionales de energía.

Las nuevas fuentes de biogás, pequeñas hidroeléctricas, biomasa, energía eólica terrestre y energía geotérmica ya compiten con los costos de las principales tecnologías de Chile de grandes hidroeléctricas y termoeléctricas de gas natural. Muy pronto, la energía solar también podrá competir.

La volatilidad de los precios de combustible fósil aumenta la competitividad de la ERNC.

Aunque el análisis no los considera, determinados factores externos como la huella de carbono, la contaminación del aire y del agua y los efectos en el ecosistema, aumentan la competitividad de la ERNC.

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Perspectiva de cada año En 2011, el biogás, las pequeñas

hidroeléctricas, la biomasa, la energía geotérmica y la energía eólica terrestre son ya fuentes de energía competitivas.

Para 2020, se incorporarán a estas tecnologías la energía termosolar y la fotovoltaica.

Para 2030, todas las tecnologías renovables serán más económicas o competitivas que las fuentes de energía convencional.

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COSTO NIVELADO DE ENERGÍA EN CHILE,2011

Fuente: Bloomberg New Energy Finance, Valgesta Energía . Fuente precios de energía : CNE,elaboración de Bloomberg New Energy Finance

Nota: “Grandes hidroeléctricas” excluye proyectos en Aysén; “Pequeñas hidroeléctricas” son plantas que producen menos de 20MW. Todos los precios se expresan en dólares estadounidenses, al año 2010.

Tecnología

Escenario central

Zona competitiva

en el mercado de contratos

Precios SIC 2010

Precios SING 2010

COSTO NIVELADO DE ENERGÍA AL 2020Tecnología

Escenario central

Fuente: Bloomberg New Energy Finance, Valgesta Energía Fuente precios de energía : Programa de Estudios e Investigaciones en Energía del Instituto de Asuntos Públicos, Universidad de Chile ,elaboración de Bloomberg New Energy Finance

Zona competitiva

en el mercado de contratos

Nota: “Grandes hidroeléctricas” excluye proyectos en Aysén; “Pequeñas hidroeléctricas” son plantas que producen menos de 20MW. Todos los precios se expresan en dólares estadounidenses, al año 2010.

COSTO NIVELADO DE ENERGÍA AL 2030Tecnología

Escenario central

Fuente: Bloomberg New Energy Finance, Valgesta Energía . Fuente precios de energía : Programa de Estudios e Investigaciones en Energía del Instituto de Asuntos Públicos, Universidad de Chile ,elaboración de Bloomberg New Energy Finance

Zona competitiva

en el mercado de contratos

Nota: “Grandes hidroeléctricas” excluye proyectos en Aysén; “Pequeñas hidroeléctricas” son plantas que producen menos de 20MW. Todos los precios se expresan en dólares estadounidenses, al año 2010.

39

30

45

32

35

51

56

68

73

82

197

155

156

193

225

346

102

170

181

139

180

264

101

112

156

118

284

229

255

286

328

0 100 200 300 400

Biogas/Landfill utilty-scale

Small Hydro

Large Hydro Aysen

Large Hydro

Biomass all feedstocks utilty-scale

Wind onshore utilty-scale

Geothermal flash utilty-scale

CCGT utilty-scale

Coal utilty-scale

Geothermal binary utilty-scale

STEG trough utilty-scale

STEG tower + heliostat utilty-scale

PV cSi utilty-scale

cPV two-axis tracking utilty-scale

PV cSi commercial

Diesel utilty-scale

NCRE LCOE Conventional LCOE Transmission CostCentral Scenario SIC Energy Price SING Energy Price

570

COSTO NIVELADO CON TRANSMISIÓN (2011)

Nota: Se seleccionó una variedad de emplazamientos para el proyecto para cada tecnología y se agregó el costo de transmisión punto a punto al costo del proyecto.Fuente: Bloomberg New Energy Finance, Valgesta Energía

ERNC LCOE

Precio de energía eléctrica en el SIC

Costo de transmisiónPrecio de energía eléctrica en el SING

El costo de transmisión de larga distancia afecta el costo total del proyecto.

TecnologíaEscenario central

USD/MWh

Nota: “Grandes hidroeléctricas” excluye proyectos en Aysén; “Pequeñas hidroeléctricas” son plantas que producen menos de 20MW. Todos los precios se expresan en dólares estadounidenses, al año 2010.

Bloomberg proyecta costo de US$100/MWh

IMPACTO DE LA CURVA DE APRENDIZAJE EN LAS ESTIMACIONES DE CAPEX

Fuente: Bloomberg New Energy Finance.

Tech 2010 2015 2020 2025 2030 % ∆ 2020 % ∆ 2030

Coal 3.17 3.17 3.17 3.17 3.17 0% 0%CCGT 1.51 1.51 1.51 1.51 1.51 0% 0%PV cSi residential roof 3.76 2.20 1.68 1.45 1.35 -55% -64%PV cSi commercial/BIPV 3.48 2.08 1.61 1.38 1.29 -54% -63%PV cSi utilty-scale 2.98 1.84 1.43 1.23 1.15 -52% -61%Wind onshore utilty-scale 2.62 2.02 1.66 1.50 1.36 -37% -48%Solar Thermal 4.61 3.00 2.58 2.22 1.90 -44% -59%

USD/W

De 2010 a 2030 la energía eólica disminuirá un 48 %, la fotovoltaica un 60 %, y la termosolar un 60 %. No se prevén reducciones de costo para el carbón ni para el gas ni para las grandes represas.

Costos reales de las ERNC:

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La Realidad:• En 2011, el biogás, las pequeñas hidroeléctricas, la

biomasa, la energía geotérmica y la energía eólica terrestre son ya fuentes de energía competitivas.

• Para 2020, se incorporarán a estas tecnologías la energía termosolar y la fotovoltaica.

• Para 2030, todas las tecnologías renovables serán más económicas o competitivas que las fuentes de energía convencional.

Integración segura de la ERNC:e hidroeléctrica Las energías eólica e hidroeléctrica se han

utilizado de manera conjunta en todo el mundo. Cuando la energía eólica o solar desplaza a la

hidroeléctrica, se conserva el agua en las represas.

Cuando la energía eólica o solar desplaza a la energía térmica, se evita el costo de combustible.

Las fuentes de energía hidroeléctrica flexibles y la enorme potencial de Chile en ERNC implican que el costo adicional generado por la variabilidad (denominado “costo de integración”) es muy bajo.

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Curva demanda diaria SIC

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Fuente: CDEC-SIC Marzo y Junio 2011, Elaboración propia

Curva demanda diaria SIC

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Fuente: CDEC-SIC Marzo y Junio 2011, Elaboración propia

Mayor demanda es en horas del día. Es sencillo desplazar térmico o embalses. El sistema ahorra dinero

Hoy están cambiando a ritmo vertiginoso. Se prevé más de 3.000 MW de solar térmica en Europa en

no más de 5 años. Solo en Alemania lo que ya se genera por solar FV supera

largamente nuestra generación del SING y ya alcanza el 4% del total de su demanda de energía. Aquí, la misma capacidad generaría el doble.

Grandes avances con plantas capaces de generar 24 hrs/día con factor de planta anual de sobre 70%.

Con las condiciones de radiación solar de Chile el factor de planta podría superar el 80% y la potencia aumentar en 30% c/r a la experiencia en Europa.

Costos hoy están en torno a los US$3.500/kW y bajando para termosolar con acumulación y US$2.500/kW para FV.

Nuevas tecnologías solares

Centrales Andasol

Centrales Andasol 3x50 MWe con acumulación

Centrales Andasol

Acumuladores de calor Andasol: nitratos fundidos. 2 estanques, el de alta temperatura a 350°C y el de

baja a 220°C

Centrales Andasol

Centrales Andasol 3x50 MWe con acumulación

Centrales Andasol

La misma central en Chile produciría al menos 30% más energía

Sistemas de Torre Central

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Ventajas- Cada vez más desarrollada.- Múltiples modos de funcionamiento. Transmisión óptica de energía.-Altas razones de concentración, lo que implica mayores temperaturas y mayor eficiencia- Posibilidad de trabajar con ciclo Rankine y ciclo Brayton (que es el mismo de las turbinas a gas)-Se adapta muy bien a la acumulación.

Desventajas

- Mayores riesgos de inversión- Faltan datos sobre confiabilidad de largo plazo.-En desarrollo materiales que soporten las altas temperaturas alcanzadas en el receptor. Temperatura de operación limitada por resistencia de los materiales existentes.

Gemasolar en Prueba

Se observa torre y caústica

GemasolarSe observa el bloque de potencia y los acumuladores en construcción.

Estanque caliente a 800°C, estanque frío a 250°C. Con menor volumen se genera más energía.

Transmisión óptica elimina problema de bombeo de grandes distancias.

Ideal para Chile

Gemasolar

Vista aérea de Gemasolar. Ocupa unas 120 Ha y genera 20 MW a firme. En Chile generaría unos 25 MW

En el norte, transparencia está entre 0,68 y 0,75. Veamos lugar cerca de El Salvador y diversas tecnologías para generar 18.000 GWh/año:

¿Cuanta superficie de verdad se requiere con energía solar en Chile?:

Tecnología %rend H

[kWh/(m²día)

FP %uso suelo

SupHa

FV-fijo 15 6,7 25,8 60 8.178FV-track 15 8,95 34 50 7.347Cil-Parab 25 8,60 60 40 5.734Torre Central

33 9,26 70 30 5.379

Elaboración propia usando Solar Advisor Model de NREL

H = insolación sobre colectores FP = Factor de Planta

Con toda honestidad, no tengo los antecedentes para realizar el cálculo de manera exacta.

…

Pero desafío a alguien plantar trigo en un embalse

¿Ocupa mucho terreno la energía eólica?:

En Chile el gran motor del aumento de la demanda eléctrica es la minería. Gran parte de la misma está junto a excelente recurso solar.

Las ERNC se pueden integrar fácilmente al sistema actual desplazando generación con fósiles y posibilitando mejor manejo del agua.

Existen abundantes recursos de ERNC para cubrir el aumento de demanda previsible a costos competitivos con cualquier otra alternativa.

Sí es necesario realizar significativas inversiones en sistemas de transmisión.

Conclusiones (1)

Algo que es muy simple y acarrea todo tipo de beneficios es promulgar la Ley de Net Metering.

La inversión la hacen los usuarios finales (personas, PYMES y empresas) y se desplaza diesel y gas que tienen costos muy superiores.

Debe tratarse de lograr la meta del 20/20. El integrar ERNC hace bajar los costos de

generación y además hace al sistema más robusto y seguro.

Conclusiones (2)