reunión especial de la comisión de energía al tema

INTEGRACION DE ENERGIA FOTOVOLTAICA EN EL

SISTEMA ELECTRICO DE COSTA RICA

1

Estructura

1. Motivación

2. Desarrollo del sector solar FV

3. Impacto a la red eléctrica

4. Respaldo y almacenamiento

5. Rentabilidad en 2015 con POASEN (?)

6. Conclusión y perspectiva

2

Motivación

Suministro eléctrico 100 % renovable, ¿es

posible?

3

MotivaciónSuministro eléctrico

100 % renovable, ¿es posible?

Costa Rica dispone de recursos renovables gigantes cómo hidráulico, geotérmica, eólico y …

Embalse Arenalwww.shothotspot.com

Planta geotérmica Miravalleswww.elfinancierocr.com/

Parque eólico Santa Anawww.smartgridcostarica.com

4

Motivación…y energía solar

5

Motivación

Sin embargo:

Fuente: ICE

6

66,4

10,3

15,27,3

0,80,01

Porcentajes de generación eléctrica por fuente en 2014

Hidro

Térmica

Geotérmica

Eólica

Biomasa

Solar

Motivación

7

Motivación

2021 2050 2020 2020

2025 2015 2020

2027 20502020

0

20

40

60

80

100

120

%

Objetivos de cuotas renovables de generación eléctrica

8

Motivación

100 100 100 98 9693 92 90

8581

0

20

40

60

80

100

120

%

Cuotas renovables de generación eléctrica en 2012

9

Las barreras más grandes para el desarrollo del sector en Costa Rica

10

0

5

10

15

20

25

30

Can

tid

ad

Sector Privado

Sector Académico

Sector Público

Motivación

MotivaciónBarreras para la FV en Costa Rica

• Incertidumbre regulatoria (ARESEP, MINAE, ICE) Tarifas para proyectos grandes, POASEN, Plan Piloto

• Incertidumbre sobre el impacto a la red

• Mala reputación de la planta Miravalles (precio de generación)

• Falta de experiencia y de informaciones científicas

• Temor de empresas de distribución y generación de perder negocios

• Casi monopolio de ICE, generación privada limitada a 30 %

• Falta de personal en el ministerio de ambiente y energía (MINAE)

• Dificultades de financiamiento, falta de compromiso de algunos bancos

11

Desarrollo del sector solar FV

0

1

2

3

4

5

6

-2012 2013 2014

Po

ten

cia

inst

alad

a [M

W]

año

Proyectos grandes Generación distribuida Sistemas separadas (en isla) Acumulado

12

Desarrollo del sector solar FV

13

Datos en kW

Validación de estimación de la generación de datos de satélites

14

0

1

2

3

4

5

6

7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Re

nd

imie

nto

esp

eci

fico

[kW

h/k

W, d

ía]

Enero 2015, Alajuela

Por debajo de lo estimado Margen de estimación

Generación real sistema 1 Generación real sistema 2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Po

ten

cia

[kW

]

Días extremos

Flickr

Caídas de Voltaje

Datos de SolarGIS

0

20

40

60

80

100

120

140

Fre

cue

nci

a

Clase [W/m2]

Histograma Liberia 2012

Impacto a la red electrica

Datos de irradiación

15

Cuando y de qué tamaño ocurre sombreado por nubes?

Impacto a la red eléctrica

Aún con nubes oscuras la generación no cae a 0 %. Queda una generación mínima de 20 %.

Poco frecuente

Muyfrecuente

16

Fuente: CSIRO 2012, Australia’s clean energy challenge

Impacto a la red eléctricaEl problema:

17

Imágenes de líneas secundarias de la CNFL tomadas el 18 de diciembre en la Uruca, San José

Impacto a la red eléctrica:Projecto UCR

18

Impacto a la red eléctricaSimulaciones: Estructura del circuito

Fuente: UCR19

115

115,5

116

116,5

117

117,5

118

118,5

119

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Vo

ltaj

e a

la b

arra

AS1

1 [

V]

Tiempo [horas]

With PV Without PV

Impacto a la red eléctrica:Resultados de la simulación

O,75 Volt0,6 % del voltaje nominal

-50%

0%

50%

100%

150%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Ge

ne

raci

ón

PV

20

Soluciones convencionales Soluciones “smart-grid”

Transformadores con potencia nominal más alta

Inversores inteligentes con• Inserción de potencia reactiva• Limitación de potencia activa• Regulación de voltaje

Líneas más grandes o paraleles Almacenamiento de baterías

Distribución óptima de los sistemas FV Transformadores controlables y “Booster”

Instalación de descargadores de sobre voltaje

Regulación de carga (“Demand SideManagement”)

Nuevos diseños de la red, como “advanced-closed loop”

Mercado eléctrico abierto y rápido (“real-time”)

Impacto a la red eléctrica:Soluciones técnicos

Hay hasta 11 maneras diferentes de ajustar le relación entre potencia activa y reactiva en vivo en muchos inversores modernos inteligentes.

21

Soluciones convencionales Soluciones “smart-grid”

Transformadores con potencia nominal más alta

Inversores inteligentes con• Inserción de potencia reactiva• Limitación de potencia activa• Regulación de voltaje

Líneas más grandes o paraleles Almacenamiento de baterías

Distribución óptima de los sistemas FV Transformadores controlables y “Booster”

Instalación de descargadores de sobre voltaje

Regulación de carga (“Demand SideManagement”)

Nuevos diseños de la red, como “advanced-closed loop”

Mercado eléctrico abierto y rápido (“real-time”)

Impacto a la red eléctrica:Soluciones técnicos

Hay hasta 11 maneras diferentes de ajustar le relación entre potencia activa y reactiva en vivo en muchos inversores modernos inteligentes.

22

Fuente imagen: SMA

Co

sto

s d

e in

tegr

ació

n d

e P

V

Penetración de PV

Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3

No costos

Costos intermedios, transformadoresmás grandes o controlablesCostos bajos,

smart inverters

Costos altos, líneas nuevas o paralelas

Costos intensos,nuevo diseño de red, almacenamiento

Impacto a la red eléctrica

30 % (IEEE reporte EE.UU.)

2,5 – 11 kW/acometida (IWES reporte Alemania) 23

3,8×demanda de promedio(ElektrizitaetsgenossenschaftEngelsberg Alemania)

= CR: 2,2 GW

Respaldo y almacenamiento:Remplazar la energía térmica con energía solar

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Ene

rgía

[G

Wh

]

Energía térmica Energía solar Planta de carga principal

24

Respaldo y almacenamiento:Modelo solar de 750 MW

78 63

16

100

3

97

45

7

100

100 36

36

36 36

25

Respaldo y almacenamiento:Modelo solar de 750 MW

26

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Po

ten

cia

sola

r [M

W]

Miravalles 97 MW Tarrazú 36 MW Pérez Zeledón 36 MW

Limon 45 MW Liberia 100 MW Quepos 100 MW

Puntarenas 100 MW Cartago 16 MW Aeropuerto 63 MW

San Ramon Alajuela 78 MW San José Centro 36 MW Santa Ana 36 MW

Heredia 7 MW Miravalles 750 MW

Respaldo y almacenamiento:Almacenamiento estacional en el lago Arenal

750 MW FV

525

527

529

531

533

535

537

539

541

543

Niv

eld

el l

ago

Are

nal

[msn

m]

Zona prohibida

Nivel real 2013

Térmica substituido por solar(incluye eficiencias)

Térmica substituido por plantade carga principal

27

100 MW FV

Respaldo y almacenamiento:Almacenamiento estacional en el lago Arenal

525

527

529

531

533

535

537

539

541

543

Niv

el d

el l

age

Are

nal

[m

snm

]

Zona prohibida

Nivel real 2013

Con almacenamiento deenergía solar (incluyeeficiencias)

28

Respaldo y almacenamiento:Soluciones técnicas

Estacional Diario MinutarioRegulación de frecuencia

Arenal Filos de agua con embalse Plantas convencionales

Reventazón (?) Sistemas de batería de casa Plantas eólicos y FV

Diquís (?) Centrales de bombeo Centrales de batería construidos para esteobjetivo

Sobrecapacidad y “curtailment”

Plantas térmicas

Importación - Exportación Regulación de carga (DSM)

Redes de gas o hidrógeno

Aire comprimido en cuevas

La mayoría de las soluciones ya está disponible en Costa Rica29

Rentabilidad:¿Por qué las tarifas eléctricas

son tan altas?

Razones Soluciones

Sobrecapacidad de plantas

hidráulicas

Dividir ICE construcción e ICE generación

Diversificación de la matriz eléctrica

Ineficiencia de ICE cómo seudo-

monopolista

Más apertura del mercado para generación

privada

La estructura tarifaria subsidia

consumos altos

Crear una estructura tarifaria que subsidie la

eficiencia energética

Búnker y diésel para plantas

térmicas (aprox. 20 % de los costos

de generación del ICE)

Substituir búnker/diésel por bio-combustibles

Substituir plantas térmicas por renovables

Demanda alta a mediodía

-> tarifa punto

Subir oferta a medio día con energía solar

30

Rentabilidad:Desarrollo de los precios FV

Fuente: IRENA31

Rentabilidad:Desarrollo de los precios FV

32

Sykes: $1740/kW

Rentabilidad:Precios de generación en Costa Rica

Tipo de plantaPrecio de generación de

electricidad [$cents/kWh]

Fotovoltaico 7 - 13

Geotérmica 7.6 – 16.2

Eólico 12 - 22

Térmico con búnker o diésel 27.5 - 58

Fuentes: ICE y MT Toni Weigl

33

Rentabilidad:Tarifa residencial

Alemania EEG 2015: 64 %

Factores:• 50 % Irradiación• 50 % Tarifa eléctrica

34

Rentabilidad:Tarifa general

Alemania EEG 2015: 49 %

35

Rentabilidad:Tarifa media tensión

Alemania EEG 2015: 67 %36

Costos adicionales en Costa Rica

Normativa POASEN de ARESEP

Tarifa de accesoCostos por inversión, operación y

mantenimiento de la red de distribución

$3 Cent/kWhCNFL

$5 Cent/kWhICE

Tarifa de interconexión

Medidor cuesta $5.000??

37

Beneficios de la energía solar

Más alto en Costa Rica

~1 – 50 $Cent/kWh

38

Rentabilidad de proyectos FV:Proyecto CICR 35 kWp

$0,00

$10.000,00

$20.000,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

IngresosIngreso por ahorro depotencia

Ingreso por venta deexcedentes

Ingreso por ahorro deenergía

-$15.000,00

-$10.000,00

-$5.000,00

$0,00

Egresos

Seguro

(-) Intéres del Crédito

(-) Pagos del Crédito

Costos de Operación

Financiamiento Propio

-$60.000,00

-$40.000,00

-$20.000,00

$0,00

$20.000,00

$40.000,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Flujo de Caja Acumulativo

años

ROI 19 años 3 meses

ROI sin Tarifa de Acceso:11 años 5 meses

39

Rentabilidad:Impacto de la tarifa de acceso

Tarifa

Margen de cambio

de ROI (tiempo de

rendimiento)

Cambio de los

ahorros del primer

año (ICE)

Cambio de los

ahorros de los

primeros 10 años

(ICE)

Tarifa residencial +20 – 50 % -17 % -15 %

Tarifa general consumo

< 3000 kWh+ 20 – 50 % -19 % -18 %

Tarifa general con cambio de

tarifa de más de 3000 kWh a

menos de 3000 kWh

3000kWh<consumo<6000kWh

+20 – 60 % -43 % - 40 %

Tarifa general consumo

>6000kWh+30 – 100 % -11 % - 25 %

Tarifa media tensión +30 % - ∞ - 28 % -28 %40

Conclusión

• Existen los soluciones técnicas para mantener la estabilidad de lared con penetración FV.

• Las fluctuaciones del voltaje en el circuito simulado son manejables.• El embalse Arenal es capaz de almacenar 92 % de la generación de

750 MW FV instalados, que es suficiente para substituir todo lageneración térmica.

• En Costa Rica el sistema eléctrico es favorable para respaldar yalmacenar formas de energía fluctuante.

• Contrario a otros países como Alemania, FV es y será rentable enCosta Rica sin subvenciones si no se cobran costos adicionales.

• La tarifa de acceso es un peligro grande para el sector joven.• Un suministro eléctrico puro renovable es alcanzable y rentable.

41

Perspectiva

• ¿Tarifa de acceso solo para la parte inyectada ala red en vez de para todo la generación?

• ¿Suspender la tarifa de acceso hasta alcanzar5 % de penetración FV (350 MW)?

• ¿Apertura del mercado eléctrico?

• Costa Rica 100 % renovable y carbono-neutralen 2021

Beneficios enormes para el imagen del pais en el mundo, el turismo, el ambiente, la gente.

42

Muchas Gracias!

Foto tomado del sistema Tienda Llobet (55 kWp) el 27 de Noviembre en Alajuela

43