POTENCIAL DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS EN MÉXICO

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1 POTENCIAL DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS EN MÉXICO ANALISIS DE LOS SECTORES RESIDENCIAL, PÚBLICO E INDUSTRIAL POR ENTIDAD FEDERATIVA AUTORES JORGE M. ISLAS SAMPERIO AARÓN SÁNCHEZ JUÁREZ FABIO MANZINI POLI GENICE GRANDE ACOSTA FIDEL CARRASCO GONZÁLEZ ERIC ZENÓN OLVERA

2 Este libro es producto del proyecto Desarrollo de un Programa Nacional de Promoción de Sistemas Fotovoltaicos (SFV) en México, financiado por la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI), en el marco del Observatorio de Energías Renovables para América Latina y el Caribe, y desarrollado en el Instituto de Energías Renovables de la UNAM i

3 AGRADECIMIENTOS Se agradece ampliamente la colaboración de los siguientes especialistas por el apoyo técnico durante la elaboración del Proyecto Desarrollo de un Programa Nacional de Promoción de Sistemas Fotovoltaicos (SFV) en México : M. en I. Oscar Ruiz Carmona M. en I. Ubaldo Jerónimo Carrera M. en I. Rocío de la Luz Santos Magdaleno L. en I. María de Jesús Pérez Orozco Asimismo, se agradece al Lic. Asier Erdozain, asesor de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI), por la supervisión y los comentarios realizados al reporte del proyecto, así como al Dr. Gustavo Aishemberg por dirigir el programa del Observatorio de Energía Renovable para ALC, en cuyo marco se ha desarrollado esta iniciativa. ii

4 ÍNDICE DE CONTENIDO Resumen Ejecutivo Introducción Marco Jurídico y Regulatorio: Identificación de barreras y oportunidades Revisión y Análisis de leyes, reglamentos Evolución del Marco Legal y Regulatorio de las ER en México Instrumentos regulatorios para la generación de electricidad con ER Esquema de medición neta (net metering) Banco de energía y potencia autoabastecida Análisis irradiación por estado. Recomendaciones técnicas Introducción Radiación solar Temperatura Metodología Recomendaciones Análisis del potencial de tecnologías solares fotovoltaicas. Recomendaciones técnicas Situación actual de la tecnología comercial en México Análisis de costos comparados con el mercado internacional iii

5 5. Análisis de la implementación de SFV por sector Sector Industrial Introducción La Industria Manufacturera en México Intensidad energética Sistema tarifario del Sector Industrial Cálculo de la demanda máxima medida y la energía consumida Cálculo por demanda facturable y energía consumida en los diferentes periodos horarios Consumo de electricidad por tarifa Tarifa O - M Tarifa H - M Tarifa H - MC Tarifa H - S Tarifa H - SL Tarifa H - T Tarifa H - TL Potencial técnico de los SFVI en el sector industrial en México iv

6 Consideraciones metodológicas Supuestos principales Resultados Potencial técnico - económico de los SFVI en el sector industrial en México Consideraciones metodológicas Supuestos principales Análisis del potencial técnico económico Sector público Sistema Tarifario para los Servicios Públicos Reglamentación vigente para implementación de SFVI para servicios públicos (tarifas 5, 5-A y 6) Metodología de análisis Supuestos generales energéticos Supuestos generales ambientales Supuestos generales económicos Alumbrado público: Arreglos de los SFVI para cubrir el suministro de energía eléctrica del servicio público de alumbrado Arreglo de islas de SFVI para alumbrado público v

7 Arreglo de ramales de SFVI para el alumbrado público Potencial de los SFVI por estado para proveer el alumbrado público: Análisis Energético, Económico y Ambiental Situación actual del alumbrado público Caso SFVI con luminarias existentes Caso SFVI con luminarias LED Caso SFVI con luminarias existentes por ramales Caso SFVI con luminarias LED por ramales SFVI para el servicio público de bombeo de agua potable y negra por estado Análisis técnico-económico y ambiental de la implementación de SFVI para bombeo de agua potable y negra Análisis técnico-económico y ambiental de la situación actual del bombeo de agua potable y negra Análisis de los SFVI que producen electricidad en un esquema de medición neta para el bombeo de agua potable y negra sólo durante las horas de insolación Análisis de los SFVI que produce electricidad en un esquema de medición neta para cubrir el 100% de la demanda de electricidad para bombeo de agua potable y negra vi

8 5.3 Sector residencial Introducción Sistema Tarifario del Sector Residencial Mexicano Consumo de electricidad por estado y por tarifa Tarifa Tarifa 1A Tarifa 1B Tarifa 1C Tarifa 1D Tarifa 1E Tarifa 1F Regulación de los SFVI en el sector residencial Potencial técnico de los SFVI en el sector residencial en México Consideraciones metodológicas para estimar el potencial técnico de SFVI Supuestos principales para estimar el potencial técnico de SFVI Resultados del potencial técnico de SFVI en el sector residencial vii

9 5.3.6 Potencial técnico económico de los SFVI en el sector residencial en México Consideraciones metodológicas y supuestos para estimar el potencial técnico-económico de SFVI Análisis del potencial técnico-económico Análisis sectorial Potencial del nicho DAC para SFVI en el sector residencial en México Beneficio-costo global Potencial de mitigación de GEI Barreras Conclusiones BIBLIOGRAFÍA Anexo viii

10 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2-1 Evolución del Marco Legal y Regulatorio de las ER en México Figura 2-2 Esquema de medición neta para ER en México Figura 2-3 Esquema del banco de energía para ER en México Figura 3-1 Temperatura máxima promedio anual 2010 en la República Mexicana Figura 3-2 Mapa de recurso solar de Baja California y Baja California Sur en kwh/m Figura 3-3 Recurso solar promedio anual de la República mexicana en kwh/m Figura 4-1 Aportación de tecnologías en el mercado internacional Figura 5-1 Consumo de energía eléctrica en el sector industrial Figura 5-2 Proporción del consumo de electricidad del total de energía del sector industrial, 1990 y Figura 5-3 Consumo de electricidad por subsector, 1990 y Figura 5-4 Producto Interno Bruto de la Industria Manufacturera en México, Figura 5-5 Porcentaje de participación respecto al PIB de la Industria manufacturera en México, Figura 5-6 Distribución porcentual del PIB de la Industria Manufacturera de las Entidades Federativas más representativas Figura 5-7 Intensidad energética del sector manufacturero en México, ix

11 Figura 5-8 Proporción de usuarios y consumo de electricidad por tarifa en el sector industrial en México, Figura 5-9 Número de usuarios y consumo anual de electricidad por entidad federativa para la Tarifa O-M, Figura 5-10 Número de usuarios y consumo anual de electricidad por entidad federativa para la Tarifa H-M, Figura 5-11 Número de usuarios y consumo anual de electricidad por entidad federativa para la Tarifa H-MC, Figura 5-12 Número de usuarios y consumo anual de electricidad por entidad federativa para la Tarifa H-S, Figura 5-13 Número de usuarios y consumo anual de electricidad por entidad federativa para la Tarifa H-SL, Figura 5-14 Número de usuarios y consumo anual de electricidad por entidad federativa para la Tarifa H-T, Figura 5-15 Número de usuarios y consumo anual de electricidad por entidad federativa para la Tarifa H-TL, Figura 5-16 Áreas de control del SEN Figura 5-17 Potencial técnico de SFVI en el sector industrial por entidad federativa Figura 5-18 Distribución porcentual por entidad federativa y por nivel de tarifa con el mayor potencial de SFVI en el sector industrial x

12 Figura 5-19 Distribución porcentual por entidad federativa y por actividades de manufactura con mayor potencial de SFVI Figura 5-20 Emisiones de CO 2e evitadas por Entidad Federativa asociadas a la instalación del potencial técnico de SFVI en el sector industrial en México Figura 5-21 Análisis BC del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H M Figura 5-22 Desagregación del análisis BC del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H M (escenario de precio alto) Figura 5-23 Desagregación del análisis BC costo del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H M (escenario de precio bajo) Figura 5-24 Costo adicional por MW instalado del aprovechamiento del potencial de SFVI en el sector industrial para la tarifa H M Figura 5-25 Análisis BC del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H SL Figura 5-26 Desagregación del análisis BC del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H SL (escenario de precio alto) Figura 5-27 Desagregación del análisis BC del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H SL (escenario de precio bajo) Figura 5-28 Costo adicional por MW instalado del aprovechamiento del potencial de SFVI en el sector industrial para la tarifa H SL xi

13 Figura 5-29 Análisis BC del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H TL Figura 5-30 Costo adicional por MW instalado del aprovechamiento del potencial de SFVI en el sector industrial para la tarifa H TL Figura 5-31 Análisis BC del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H S Figura 5-32 Costo adicional por MW instalado del aprovechamiento del potencial de SFVI en el sector industrial para la tarifa H - S Figura 5-33 Análisis BC del potencial de SFVI identificado en el sector industrial para la tarifa H T Figura 5-34 Beneficio - costo adicional por MW instalado del aprovechamiento del potencial de SFVI en el sector industrial para la tarifa H - T Figura 5-35 Potencial técnico económico de SFVI en el sector industrial (análisis de sensibilidad) Figura 5-36 Potencial económico vs. Potencial técnico de SFVI en el sector industrial Figura 5-37 Distribución del potencial económico de SFVI en el sector industrial por entidad federativa Figura 5-38 Análisis BC del potencial técnico económico de SFVI identificado en el sector industrial para la Tarifa H M (análisis de sensibilidad) Figura 5-39 Análisis BC del potencial técnico - económico de SFVI identificado en el sector industrial para la Tarifa H S (análisis de sensibilidad) xii

14 Figura 5-40 Análisis BC del potencial técnico - económico de SFVI identificado en el sector industrial para la Tarifa H SL (análisis de sensibilidad) Figura 5-41 Emisiones de CO 2e evitadas asociadas a la instalación del potencial técnico - económico de SFVI en el sector industrial en México (análisis de sensibilidad) Figura 5-42 Potencial técnico de implementación de SFVI para satisfacer al 100% la demanda eléctrica de alumbrado público y sin sustitución de luminarias Figura 5-43 Emisiones evitadas por la implementación de SFVI en alumbrado público sin sustitución de luminarias Figura 5-44 Valor Presente Neto (VPN) de la facturación actual del alumbrado público y de la implementación de SFVI con luminarias existentes para cubrir la demanda eléctrica del alumbrado público en un esquema de medición neta ($3.8 USD 2007 watt pico) Figura 5-45 Potencial técnico de implementación de SFVI al 100% en el sistema de alumbrado público considerando el uso de luminarias LED Figura 5-46 Emisiones de CO 2 evitadas por la implementación de sistemas FV considerando el uso de luminarias LED en el sistema de alumbrado público Figura 5-47 VPN de los SFVI ($3.8 USD 2007 watt pico) y luminarias LED ($6.46 USD 2007 watt instalado) Figura 5-48 Valor Presente Neto (VPN) de los SFVI por ramales con luminarias actuales ($3.3 USD 2007 watt pico) Figura 5-49 Valor Presente Neto (VPN) de los SFVI por ramales ($3.3 USD 2007 watt pico) con luminarias LED ($6.46 USD 2007 watt pico) xiii

15 Figura 5-50 Potencial técnico de implementación de sistemas fotovoltaicos para satisfacer la demanda parcial de electricidad de bombeo fotovoltaico Figura 5-51 Emisiones de CO 2 evitadas debidas a la implementación de SFVI en las horas de insolación para bombeo de agua potable y negra Figura 5-52 Valor Presente Neto (VPN) de los SFVI de bombeo para cubrir la demanda de electricidad sólo durante las horas de insolación ($3.8 USD 2007 watt pico) Figura 5-53 Potencial técnico de implementación de sistemas fotovoltaicos en un esquema de medición neta para satisfacer la demanda total de energía del bombeo de agua potable y negra Figura 5-54 Emisiones evitadas de CO 2 debidas a la implementación de SFVI para satisfacer la demanda energética total en el bombeo de agua potable y negra Figura 5-55 Valor Presente Neto (VPN) de los SFVI para cubrir el 100% de la demanda de electricidad del bombeo de agua potable y negra ($3.8 USD 2007 watt pico) Figura 5-56 Consumo de energía eléctrica en el sector residencial Figura 5-57 Proporción del consumo de electricidad del total de energía del sector residencial, 1990 y Figura 5-58 Proporción de usuarios y consumo de energía eléctrica por tarifa en el sector residencial mexicano Figura 5-59 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para la Tarifa 1, xiv

16 Figura 5-60 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para la Tarifa 1, Figura 5-61 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para la Tarifa 1A, Figura 5-62 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para los usuarios DAC con Tarifa 1A, Figura 5-63 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para la Tarifa 1B, Figura 5-64 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para los usuarios DAC con Tarifa 1B, Figura 5-65 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para la Tarifa 1C, Figura 5-66 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para los usuarios DAC con Tarifa 1C, Figura 5-67 Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para la Tarifa 1D, Figura Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para los usuarios DAC con Tarifa 1D, Figura Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para la Tarifa 1E, xv

17 Figura Número de usuarios y consumo promedio mensual eléctrico por estado para la Tarifa 1F, Figura 5-71 Potencial técnico de SFVI por tarifa para usuarios DAC en el sector residencial Figura 5-72 Potencial técnico de capacidad de SFVI por estado para los usuarios DAC de la tarifa Figura Emisiones que se podrían evitar por estado y acumuladas debido a la instalación del potencial técnico de SFVI en el sector residencial en México Figura Análisis beneficio-costo para el consumo promedio por estado de usuarios DAC de la tarifa 1 para varias capacidades de SFVI Figura Comportamiento de la estructura tarifaria del consumo eléctrico mensual y CB debido a la instalación de SFVI para un usuario promedio DAC Figura Análisis beneficio-costo de la implementación de SFVI para usuarios DAC de la tarifa 1 por rango de consumo y capacidad instalada sin considerar subsidios Figura Potencial técnico-económico de SFVI por estado para los usuarios DAC de tarifa Figura Despacho de la demanda máxima del Sistema Eléctrico Mexicano Figura Análisis Beneficio-Costo incluyendo el análisis sectorial por rango de consumo del usuario DAC y la capacidad instalada de SFVI Figura Potencial técnico-económico ajustado de SFV para usuarios DAC de la tarifa 1 por estado xvi

18 Figura 8-1 Valor Presente Neto (VPN) de la facturación actual del alumbrado público y de la implementación de SFVI con luminarias existentes para cubrir la demanda eléctrica del alumbrado público en un esquema de medición neta (3.0 USD 2007 watt pico) Figura 8-2 VPN de los SFVI (3.0 USD 2007 watt pico) y luminarias LED (6.46 USD 2007 watt instalado) Figura 8-3 Valor Presente Neto (VPN) de los SFVI por ramales con luminarias de Existentes (2.5 USD 2007 watt pico) Figura 8-4 Valor Presente Neto (VPN) de los SFVI por ramales (2.5 USD 2007 watt pico) con luminarias LED (6.46 USD 2007 watt instalado) Figura 8-5 Valor Presente Neto (VPN) de los SFVI de bombeo para cubrir la demanda de electricidad sólo durante las horas de insolación (3.0 USD 2007 watt pico) Figura 8-6 Valor Presente Neto (VPN) de los SFVI para cubrir el 100% de la demanda de electricidad del bombeo de agua potable y negra (3.0 USD 2007 watt pico) xvii

19 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3-1. Datos de temperatura máxima por estados de la República Mexicana Tabla 3-2. Valores de irradiancia, temperatura y el rendimiento de las diferentes tecnologías por estado Tabla 5-1 Tarifas aplicables al Sector Industrial en México Tabla 5-2 Consumo promedio mensual por usuario y por tarifa en el sector industrial en México, Tabla 5-3 Distribución de las entidades federativas de acuerdo con las áreas de control de CFE Tabla 5-4 Tarifas eléctricas en alta y media tensión consideradas en el análisis BC del sector industrial en México Tabla 5-5 Costos para un SFVI de 9.6 kwp (aprox. 3.8 USD 2007 watt pico) Tabla 5-6 Costos para un SFVI de 9.6 kwp con luminarias tipo LED (kw), (USD 2007) Tabla 5-7. Costos de un SFVI de kwp por ramales (aprox. $3.3 USD 2007 watt pico) Tabla 5-8 Costos para un SFVI de kwp con luminarias tipo LED (kw) Tabla 5-9 Potencia total instalada de luminarias a nivel nacional en el año Tabla 5-10 Consumo de energía en el año Tabla 5-11 Emisiones en el alumbrado público xviii

20 Tabla 5-12 Costo total de la electricidad en el año Tabla 5-13 Total de inversión y costos de reemplazo para luminarias actuales en el año 2010 y durante un periodo de 20 años Tabla 5-14 Número de SFVI (islas de SFVI de 48 módulos) Tabla 5-15 Área requerida para instalar SFVI de 48 módulos Tabla 5-16 Inversión de SFVI por estado (USD 2007) Tabla 5-17 Número de SFVI por estado Tabla 5-18 Área requerida en cada estado para instalar los SFVI Tabla 5-19 Inversión por estado (USD 2007)* Tabla 5-20 Total de inversión y costo de reemplazo para luminarias LED en el año 2010 y durante un periodo de 20 años Tabla 5-21 Consumo de energía en el año Tabla 5-22 Emisiones en el bombeo de agua potable y negra Tabla 5-23 Costo total de la electricidad en el año 2010 (USD 2007) Tabla 5-24 Número de SFVI por cada arreglo de módulos fotovoltaicos (55 en promedio) Tabla 5-25 Área requerida para instalar SFVI de 55 módulos en promedio Tabla 5-26 Costos generales promedio de un SFVI (USD 2007) xix

21 Tabla 5-27 Inversión de SFVI por estado (USD 2007) Tabla 5-28 Número de SFVI por cada arreglo de módulos fotovoltaicos (238 en promedio) Tabla 5-29 Área requerida para instalar SFVI de 55 módulos en promedio Tabla 5-30 Costos generales promedio de un SFVI (USD 2007) Tabla 5-31 Inversión de SFVI por estado (USD 2007) Tabla 5-32 Aplicación de las tarifas del sector residencial Tabla 5-33 Límite de consumo mensual de electricidad por usuario por tarifa para no convertirse en usuario DAC Tabla 5-34 Consumo promedio mensual por usuario y por tarifa en el sector residencial en México, Tabla 5-35 Número de usuarios, consumo de electricidad y consumo promedio mensual de usuarios DAC por tarifa, Tabla 5-36 Consumo promedio y número de usuarios DAC de la tarifa Tabla Resultados de BC incluyendo la perspectiva sectorial para la capacidad óptima del usuario DAC por estado xx

22 GLOSARIO DE ABRVIATURAS AMPER ANES BC CENACE CIFER-GE CIFER-ME CIFER-PE CIGS CFE CONAFOR CONAGUA CONUEE CRE DAC DOF ER GWh IM Asociación Mexicana de Proveedores de Energías Renovables A.C. Asociación Nacional de Energía Solar Beneficio Costo Centro Nacional de Control de Energía Contrato de Interconexión para Centrales de Generación de Energía Eléctrica con Energía Renovable o Cogeneración Eficiente Contrato de Interconexión para Fuentes de Energía Renovable o Sistema de Cogeneración en Mediana Escala Contrato de Interconexión para Fuentes de Energía Renovable o Sistema de Cogeneración en Pequeña Escala Cobre Indio Galio Selenio Comisión Federal de Electricidad Comisión Nacional Forestal Comisión Nacional del Agua Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía Comisión Reguladora de Energía Tarifa Doméstica de Alto Consumo Diario Oficial de la Federación Energía Renovable Gigawatt hora Industria manufacturera xxi

23 INEGI kwh kwp LAERFTE LED LISR LSPEE MREP MUSD MW MWp NASA NOM O&M PIB Instituto Nacional de Estadística y Geografía kilowatt hora Kilowatt pico Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética. Diodo Emisor de Luz (Light-emitting diode) Ley del Impuesto Sobre la Renta Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica México Renewable Energy Program Millones de dólares Megawatt Megawatt pico National Aeronautics and Space Administration Norma Oficial Mexicana Operación y mantenimiento Producto Interno Bruto PRONASOL Programa Nacional de Solidaridad PROSOLAR Programa de Fomento de Sistemas Fotovoltaicos en México SAGARPA SEN Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación Sistema Eléctrico Nacional SENER Secretaría de Energía xxii

24 SFV SFVI SHCP SMN T&D TMCA UNAM USAID USD VPN Wp Sistema Fotovoltaico Sistema Fotovoltaico Interconectado Secretaría de Hacienda y Crédito Público Sistema Meteorológico Nacional Transmisión y distribución Tasa Media de Crecimiento Anual Universidad Nacional Autónoma de México United States Agency for International Development Dólar americano (United States Dollar) Valor Presente Neto watt pico xxiii

25 Resumen Ejecutivo En este documento se analiza el potencial por estado de la República Mexicana del uso de los sistemas fotovoltaicos interconectados (SFVI) a la red eléctrica para los sectores Industrial, Público y Residencial y se evalúa desde el punto de vista energético, ambiental (emisiones evitadas de cambio climático) y económico. El análisis beneficio-costo considera las facturas eléctricas evitadas propias de la estructura tarifaria de cada sector estudiado y por estado, las diferentes intensidades del recurso solar de los estados y el impacto de la temperatura media de cada estado sobre el desempeño del SFVI y, finalmente, los arreglos técnicos, algunos novedosos, del uso de SFVI que permite el marco regulatorio. De tal modo que el presente estudio trata de revelar los nichos de oportunidad que tienen los SFVI por sector y por estado en México. A continuación se destacan los resultados más relevantes por sector analizado: Sector industrial La Industria Manufacturera en México está constituida desde empresas muy pequeñas hasta grandes conglomerados y se clasifica en nueve divisiones de actividad. De forma desagregada, tres rubros de actividad industrial (Productos metálicos, maquinaria y equipo; productos alimenticios, bebidas y tabaco; y sustancias químicas, derivados del petróleo, productos del caucho y plásticos) concentraron poco más de tres cuartas partes (76.6%) del Producto Interno Bruto (PIB), mientras que seis entidades federativas (Estado de México, Nuevo León, Distrito Federal, Jalisco, Coahuila y Veracruz) concentraron la mitad del PIB. Las tarifas de electricidad aplicables al sector industrial son las de uso general y se clasifican de acuerdo a la tensión en la que se suministran y tienen entre sí diferencias en sus estructuras y cargos. Oficialmente estas tarifas no tienen subsidio gubernamental, sin embargo, sus precios son relativamente bajos y contribuyen de esta manera a la 1

26 competitividad industrial nacional y a establecer retos importantes para la implementación de SFVI en este sector. En el año 2010, se contabilizaron 236,870 usuarios industriales, de los cuales la mayor parte del total de usuarios corresponden a tarifas en media tensión (poco más de 99.5%) y solo una pequeña parte a tarifas en alta tensión (0.4%). En contraste, a pesar del reducido número de usuarios existentes en las tarifas en alta tensión, su consumo representó poco más de una tercera parte de la electricidad consumida por el sector industrial, mientras que el resto corresponde a las tarifas en media tensión. Para efectos de simplificación, únicamente se tomaron como casos de estudio a los usuarios de las tarifas horarias en media (H - M) y alta tensión (H - S, H - SL, H - T y H - TL), ya que en su conjunto representaron casi 90% del consumo eléctrico total del sector industrial en el año 2010, además de que presumimos reflejan mejor los distintos costos de generación del Sistema Eléctrico Nacional (SEN). En cuanto al potencial técnico que es factible de aprovechar en el sector industrial en México, los resultados del análisis sugieren que existe un potencial para la utilización de SFVI cercano a los 11,259 MW, del cual la mayor parte se encuentra en la tarifa de media tensión H - M (60%) y el resto en las tarifas de alta tensión, distribuidos en 15 entidades federativas (Estado de México, Nuevo León, Distrito Federal, Coahuila, Jalisco, Guanajuato, Veracruz, Tamaulipas, Chihuahua, Baja California, Sonora, Michoacán, San Luis Potosí, Puebla y Querétaro) las cuales en su conjunto representarían 82% del potencial técnico identificado. La implementación de este potencial significa también emisiones evitadas acumuladas por 196 MtonCO 2e en el periodo de 20 años de análisis. Este potencial supone el desarrollo de proyectos de generación distribuida bajo la figura de autoabastecimiento y en la modalidad de autoabastecimiento local (i.e. instalados en los techos u otra área disponible dentro de la industria, pero que no requiera de la construcción de infraestructura adicional o del uso de las líneas de la CFE para llevar la electricidad a las cargas). De esta forma, además del permiso de generación de electricidad (únicamente en el caso de SFVI con capacidades mayores de 500 kw) solo se 2

27 requiere de la interconexión con el SEN (Contrato de Interconexión para Fuente de Energía Renovable o Cogeneración Eficiente en Mediana Escala o el Contrato de Interconexión para Fuente de Energía Renovable o Cogeneración Eficiente) para efectos de respaldo y/o suministro normal de electricidad cuando el SFVI no esté generando energía, ya sea por mantenimiento o por intermitencia del recurso solar (días nublados y/o durante la noche). No obstante, el análisis beneficio - costo sugiere que el aprovechamiento de este potencial técnico no es rentable bajo las condiciones de precio de los sistemas en el mercado nacional (principalmente 3.8 dólares por watt pico y recientemente algunos proyectos en el rango de 1.9 dólares por watt pico) y de una tasa de descuento de 10%. De esta forma, si consideramos una vida útil de los sistemas de 20 años, el valor presente neto de los flujos obtenidos por la facturación de electricidad evitada, además de un incentivo fiscal (depreciación acelerada) existente que se aplica durante el primer año de operación del equipo y la venta a precios actuales en el mercado internacional de las emisiones de CO2 evitadas, no es suficiente para generar un beneficio al usuario dentro del periodo de análisis. En la tarifa H - M, la reducción principal en el costo incremental provendría de la facturación de electricidad evitada, mientras que en las tarifas de alta tensión el incentivo fiscal representaría una mayor reducción en casi todas las Entidades Federativas. La reducción proveniente de la comercialización de las emisiones de CO 2 evitadas es marginal a los precios actuales tanto en las tarifas de alta como en media tensión. Lo anterior se debe, además a algunas condiciones de operación que afectan la cantidad de electricidad entregada por los sistemas (recurso solar y temperatura de operación), al valor y la estructura de las tarifas de electricidad a lo largo del año, situación que resulta en que únicamente en el estado de Baja California Sur los SFVI eviten electricidad de la red en la tarifa más alta (periodo de punta, 2 horas al día en verano con un valor mínimo de 3

28 10.03 y máximo de centavos de dólar por kilowatt hora), por lo que la mayor parte del tiempo evitaran electricidad en los periodos de base e intermedia, los cuales tienen las tarifas de electricidad más baja (de un mínimo de 5.35 a un máximo de 6.94 centavos de dólar por kilowatt hora en el periodo de base, y de un mínimo 6.21 a un máximo de 9.45 centavos de dólar por kilowatt hora en el periodo de intermedia). Sin embargo, cuando se realiza el análisis beneficio costo, pero con una tasa de descuento del 5% en lugar del 10%, los resultados sugieren que existe un potencial técnico económico de 6,624 MW y que evitarían emisiones por 117 MtonCO 2e. De este potencial, la mayor parte se encuentra en la tarifa H M con 5,003 MW, mientras que el resto en las tarifas H - S y H SL con 819 MW y 812 MW, respectivamente. Es su conjunto, este potencial sería equivalente al 60% del potencial técnico identificado. El Estado de México, el Distrito Federal, Jalisco, Chihuahua, Veracruz, Guanajuato, Querétaro, Puebla, Sonora y Quintana Roo concentrarían el 73% del potencial técnico - económico así identificado, lo cual representaría beneficios totales del orden de millones de dólares para la tarifa H M y de 67 y 50 millones de dólares para los usuarios de la tarifa H S y H SL, respectivamente. Esta sensibilidad a la tasa de descuento sugiere que para hacer rentable el potencial técnico de SFVI, identificado en el sector industrial, se requiere además de un precio más generalizado en el mercado nacional de 1.9 dólares por watt pico, de por lo menos un mecanismo de fomento adicional a la inversión ya sea en la forma de créditos blandos por la banca comercial o de desarrollo, o bien, como parte de un incentivo financiero en el marco de un esquema programático de reducción de emisiones de CO 2, por ejemplo, de Acciones de Mitigación Nacionalmente Adecuadas (NAMA, por sus siglas en inglés). 4

29 Sector público Para este sector se analizó el potencial por estado de la República Mexicana del uso de los SFVI a la red eléctrica para los servicios públicos de alumbrado y para proporcionar el servicio público de bombeo de agua potable y negra. Las tarifas para alumbrado público 5 y 5-A, así como la tarifa 6 aplicada al suministro de energía eléctrica para el servicio público de bombeo de agua potable y negra, son de las tarifas más altas que tiene la estructura tarifaria en México y que están subsidiadas. Este nivel alto de tarifas sin lugar a dudas crea un incentivo fuerte para encontrar nichos viables desde el punto de vista económico para los SFVI. En el servicio de alumbrado, se considera primero la cobertura al 100% con SFVI para satisfacer la iluminación pública con el equipamiento actual de luminarias y se asume que los SFVI se implementan en arreglos por islas de pequeña capacidad interconectados a la red de distribución de tal manera que se hace viable un esquema de medición neta para cada una de estas islas y de acuerdo con el marco regulatorio vigente. Posteriormente, se estima la cobertura al 100% con arreglos fotovoltaicos por islas suponiendo la integración de luminarias más eficientes tipo LED (light-emitting diode) en donde se considera que las luminarias LED proporcionan el mismo nivel de iluminación que las luminarias existentes que reemplazará; medido en lúmenes por watt instalado para el año Finalmente, con el objetivo de encontrar un mejor modelo para implementar los SFVI en el nicho del alumbrado público se asumió otro arreglo fotovoltaico, que denominamos ramales, para hacer el mismo ejercicio que se hizo con el arreglo fotovoltaico por islas. Para bombeo de agua potable y residual, se analiza la incorporación de SFVI para proporcionar estos servicios, bajo esquemas de medición neta. Se consideran dos casos de análisis, en el primero los SFVI aportan su electricidad a la red solo durante las horas de insolación para proporcionar el servicio de los sistemas de bombeo por estados, en este caso se trataría de pequeñas producciones menores a 30 kw. En el segundo, se 5

30 dimensionan los SFVI para satisfacer toda la demanda total de energía eléctrica de todos los sistemas de bombeo a nivel estatal a partir del recurso solar diario existente en cada estado y se aprovecharía el marco regulatorio para autoabastecimiento. Para fines de cálculo en el alumbrado público se considera un arreglo de SFVI por islas para suministrar una potencia de 9.6 kw p y se determina que el costo unitario total de los del SFVI se encuentra en el rango de 3.0 a 3.8 dólares por watt pico, dependiendo de los costos asociados a la obra civil. Por otra parte, se incluye el costo de las luminarias tipo LED cuyo precio se estimó en 6.46 dólares por watt instalado de acuerdo a información del mercado mexicano de iluminación. De forma similar al arreglo de SFVI por islas, se evalúa el arreglo SFVI por ramales, el cual se dimensiona, para fines de cálculo, con una potencia promedio de 2.5 kw p. La capacidad del arreglo fotovoltaico naturalmente puede cambiar de acuerdo la topología y longitud real de los ramales existentes en las redes de distribución. El costo unitario total de los arreglos de los SFVI por ramales que tienen las ventajas de tener menos componentes y obra civil que los arreglos por islas, se estimó estar entre el 3.3 y 2.5 dólares por watt pico. Mientras que en el caso del bombeo de agua potable y negra, asumiendo las necesidades de un pozo promedio, para fines de cálculo, se consideró una potencia de 11 kw p y cuando se consideran las necesidades de un pozo promedio durante sus horas de operación en el día y en la noche se dimensionó a prácticamente 48 kw p de SFVI para cubrir el 100% de estos requerimientos de energía eléctrica durante las horas de insolación. El costo unitario total de estos SFVI para sistemas de bombeo se estimó en el rango de 3 a casi 4 dólares por watt pico, dependiendo de los costos asociados a cada dimensionamiento (incluida la obra civil). Uno de los primeros resultados sobre el análisis del sector público, sugiere, incluso, antes de implementación de SFVI, la sustitución de luminarias ineficientes por luminarias más eficientes para toda la estructura de alumbrado público. Lo que implicaría un ahorro de 6

31 energía, disminución del costo de la facturación, una reducción de emisiones pero también un descenso importante de infraestructura de SFVI para sustentar la iluminación pública y en consecuencia una reducción importante de los costos de inversión en SFVI y de superficie. Un segundo resultado es que todos los estados de la república mexicana representan opciones reales de implementación de SFVI para alumbrado público en esquemas de medición neta. Desde el punto de vista económico destaca la implementación de SFVI con luminarias LED, no importando en donde se sitúa el precio del watt pico en el rango de 3 a 3.8 dólares. Naturalmente, se obtienen beneficios mayores cuando el watt pico tiene un precio de 3 dólares. Un tercer resultado es que se obtienen beneficios económicos aún mayores con la implementación de SFVI a través de arreglos por ramales, especialmente en el rango de 2.5 a 3.3 dólares por watt pico y cuando se sustituye el consumo de energía existente por el consumo de luminarias más eficientes (tipo LED), en gran medida, porque se eliminan los soportes y sus costos asociados en comparación con el arreglo de SFVI por islas con luminarias LED. En todos los estados donde simulamos la implementación SFVI con luminarias LED, se requiere menos capacidad instalada para satisfacer la misma demanda de energía para alumbrado público y menos superficie para esta infraestructura en los arreglos de islas de SFVI. De esta manera se resulta ser una solución al problema de importantes área para la implementación de SFVI. Este problema de superficie se resuelve aún mejor cuando instalamos SFVI por ramales ya que este arreglo implica usar prácticamente los espacios ya ocupados por la infraestructura de postes y cableado existente. A nivel nacional, cuando implementamos el 100% de arreglos fotovoltaicos por islas con las luminarias existentes, se tendría que soportar un costo neto estimado en $5,624 MUSD durante la vida útil de los SFVI establecido en 20 años. De la misma forma, cuando se asume un arreglo fotovoltaico por ramales con luminarias existentes, este costo neto se mantiene aunque se reduce a $4,086 MUSD. En suma, en ambos casos los SFVI serían 7

32 económicamente inviables. En cuanto a las emisiones evitadas, estas se establecerían en aproximadamente 45 millones de tco 2e en el periodo en ambos casos, al igual que el potencial técnico de los SFV se situaría en 2,843 MW p, tanto en arreglos de SFVI por islas como por ramales. Por otra parte, cuando implementamos SFVI por islas al 100% con las luminarias LED, se encuentra un beneficio neto igual $ 1,993 MUSD en el periodo. Mientras que cuando se asume un arreglo fotovoltaico por ramales con luminarias LED, este beneficio neto aumenta notablemente y se establece en $2, 777 MUSD. En ambos arreglos técnicos, la implementación de SFVI es viable económicamente. En cuanto a las emisiones evitadas, estas aumentan notablemente y se establecen en aproximadamente 76 millones de tco 2e en el periodo en ambos casos, al igual que el potencial de SFVI se reduciría a 1,396 MW p debido al descenso de consumo eléctrico que implicaría el uso de las luminarias LEDS, tanto en sistemas fotovoltaicos por islas como en sistemas por ramales. El Estado de México y el Distrito Federal muestran los benéficos económicos y ambientales más elevados, así como el mayor potencial de implementación de SFVI, en comparación con el resto de los estados del país. En general, en cuanto a la perspectiva ambiental, la mayor reducción en emisiones de CO 2 equivalente la encontramos, cuando sustituimos el consumo de energía eléctrica del alumbrado existente por el consumo con SFVI y luminarias LED. En suma, los arreglos de SFVI con luminarias más eficientes representan una opción real para reducir el consumo de energía y la facturación actual, además, de reducir notablemente los costos de inversión de los SFVI y la reducción de las emisiones de CO 2. En cuanto a bombeo de agua potable y negra, se requiere de un número elevado de SFVI, que ocupan una gran área de instalación para satisfacer la demanda (parcial y total) de energía para bombeo. Naturalmente existe una mayor cantidad de emisiones evitadas de CO 2 equivalente, cuando se diseñan los SFVI para cubrir el total de los requerimientos energéticos (100% de la demanda) para bombeo pero de acuerdo a los resultados cuando 8

33 se cubre el total de la demanda los SFVI para bombeo son económicamente inviables. Por el contrario, los SFVI para bombeo de agua potable y negra son económicamente viables cuando son dimensionados para cubrir una parte la demanda de energía durante las horas de insolación. A nivel nacional, cuando implementamos SFVI para cubrir el total de los requerimientos de electricidad para el bombeo (100% de la demanda), resulta un costo neto estimado en $ 6,483 MUSD en el periodo de análisis. Por lo tanto resulta inviable la implementación de estos sistemas. Las emisiones evitadas, se estiman, sin embargo, en 45 millones de tco 2e en el periodo y el potencial técnico se establecería en 1,935 MW p. Cuando los SFVI son dimensionados para cubrir parte la demanda de energía eléctrica durante las horas de insolación, se encuentra un beneficio neto de $ 621 MUSD en el periodo, lo que propicia que esta opción sea viable económicamente en la mayoría de los estados del país, con excepción de los estados de Chiapas, Nuevo León, Zacatecas y Quintana Roo. En cuanto a las emisiones evitadas, estas se estiman en aproximadamente 15 millones de tco 2e totales, y el potencial técnico-económico factible de SFVI se estimaría en 447 MW p. El Estado de México, el Distrito Federal y Jalisco muestran los mayores benéficos económicos y ambientales. Sector residencial En México existe el Contrato de Interconexión para Fuente de Energía Renovable o Cogeneración en Pequeña Escala en donde el usuario residencial puede instalar hasta 10 kw de SFVI bajo un esquema de medición neta. En dicho esquema, el intercambio de electricidad es solamente contable debido a que si un usuario con SFVI entrega más electricidad de la que recibe solamente puede ser compensada durante el año siguiente de lo contrario el usuario no recibe compensación alguna. Esto se diferencia de los esquemas de medición neta a nivel internacional donde los usuarios sí reciben compensación económica de la electricidad excedentaria entregada a la red lo que ha 9

34 provocado que la instalación de SFVI haya crecido vigorosamente en países como Alemania, Italia o el estado de California en EUA. El sector residencial representa un gran reto para el uso de los SFVI debido a la existencia de tarifas fuertemente subsidiadas y los precios altos de los SFVI que derivan en costos adicionales para la gran mayoría de usuarios de tarifas subsidiadas que deseen usar SFVI en sus viviendas. Dicho subsidio se diferencia entre cada una de las 6 tarifas principales, a saber: 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E y 1F y, adicionalmente, de acuerdo a los distintos rangos de consumo de electricidad mensual; de tal modo que se establece una estructura tarifaria y de subsidios acorde con los diferentes climas regionales del país en donde por regla general se subsidia más a los habitantes de climas extremosos. La estructura tarifaria en el sector residencial tiene también una lógica en la cual los usuarios que menos consumen electricidad tienen más subsidios mientras que aquellos otros que tienen mayor consumo se les penaliza perdiendo parcialmente subsidios. De acuerdo con esta última lógica, en la estructura tarifaria de México se establece un rango de consumo máximo mensual para las 6 tarifas mencionadas a partir de la cual si un usuario sobrepasa dicho rango mensual por un lapso de 12 meses se convierte en un usuario que se denomina de Alto Consumo (DAC) que hace que todo su consumo no tenga subsidio y por tanto paga el costo real del suministro de electricidad más un cargo fijo mensual. Dicho rango de consumo máximo mensual no es homogéneo sino creciente conforme a partir de la tarifa 1 de tal modo que la tarifa 1F tiene el rango de consumo máximo mensual más alto. Dado que los usuarios DAC no tienen subsidios y que por lo mismo existe más claramente la posibilidad que para estos usuarios el uso de SFVI pudiera tener beneficios económicos (como se confirma en el presente estudio), se concentró en establecer el potencial técnico en este subsector residencial de aproximadamente medio millón de usuarios. De tal manera, que con base en la regulación existente, considerando los niveles de insolación 10

35 promedio por estado, el consumo promedio DAC por estado y por tarifa y considerando que cada SFVI que se instalaría cubre el cien por ciento de la electricidad consumida por consumo promedio DAC, el impacto de la temperatura media del estado sobre el funcionamiento del SFVI, se estimó un potencial técnico de 1,757 MW de SFVI a nivel nacional, de los cuales la mayor parte estarían en la tarifa 1 con 1,083 MW, mientras que para la tarifa 1C, 1B, 1A y 1D serían 306 MW, 208 MW, 115M y 45 MW, respectivamente. Cabe señalar que las tarifas 1E y 1F no tienen usuarios DAC esto se explica principalmente porque el rango de consumo para convertirse en usuario DAC es muy alto y difícilmente podría ser sobrepasado. Debido a que la tarifa 1 cuenta con el mayor potencial, los estados con la mayor cantidad de capacidad proyectada posible técnicamente serían el Distrito Federal, el Estado de México, Jalisco, Baja California Norte y Guanajuato con el 71% del potencial identificado para dicha tarifa. En cuanto a emisiones evitadas se podrían reducir en este sector residencial mexicano hasta 20.2 MtonCO 2e en un periodo de vida útil de 20 años. Para el análisis de viabilidad económica, de acuerdo a los resultados del potencial nacional y por estado, se identificó como estudio de caso a los usuarios DAC de la tarifa 1 por estado implementando SFVI en sus viviendas. Para llevar a cabo esta evaluación, se propuso una metodología de análisis costo-beneficio social en donde se incluye la perspectiva del usuario DAC y el impacto sectorial de la implementación de SFVI en el subsector de los usuarios DAC de esta tarifa 1. Asimismo se consideraron los precios actuales de SFVI existentes para usuarios en el sector residencial de 3.75 dólares por watt 1 Bajo la perspectiva sectorial se consideraron precios de gas natural y diesel con una TPCA de 2% y 0.7%, respectivamente estos energéticos utilizados en centrales de Turbina de Gas, así como costo de O&M y costos por pérdidas de T&D constantes. 11

36 pico y tasas de descuento de 10% 2. Finalmente, se evaluaron para cada usuario promedio DAC por estado capacidades entre 0.25 y 4 kw p para determinar el mejor valor del análisis costo-beneficio sectorial. En el análisis beneficio-costo (BC) desde la perspectiva del usuario se encontraron beneficio costos mayores que 1 cuando implementan SFVI. Los usuarios promedio DAC de la tarifa 1 que están muy cercanos al límite permitido de consumo alcanzan su máximo BC en capacidades de SFVI que van de 0.25 a 0.75 kw p caso sucedido en 3 estados. En los usuarios de 8 estados el BC máximo se localiza en 1 kw p de SFVI, mientras que en 7 estados el BC mayor está en 1.25 kw p de SFVI, en tanto que dos estados alcanzan su BC máximo entre 1.5 y 1.75 kw p de SFVI. En tanto que los usuarios de otros 3 estados alcanzan su máximo BC en capacidades que van de 2 a 3 kw p de SFVI. Se encontró que de los usuarios promedio DAC de Nuevo León alcanzan el mejor BC y sin embargo éste es pequeño en la capacidad de 4 kwp de SFVI, por lo que se deduce que para los usuarios DAC el BC de la adquisición de un SFVI tienen una variabilidad importante respecto a la magnitud del consumo eléctrico. Se encontró que los usuarios DAC de la tarifa 1 con BC positivos logran un doble beneficio, por un lado, reducen su consumo eléctrico que se facturaba a precios reales, y por el otro lado, la reducción de consumo eléctrico es tal que se convierten en usuarios de la tarifa 1 y de esta manera se hacen acreedores de subsidios. Se observa que el papel de los subsidios es importante para que la instalación de una cierta capacidad de SFVI sea viable 2 Otras consideraciones importantes que se tomaron en cuenta para el análisis costo-beneficio fueron: tarifa DAC con una TPCA de 2% anual, costo de instalación estimado como un 10% del costo del SFVI, un costo de O&M anual estimado en 1% del costo del SFVI, el número de horas solares promedio por estado y un rendimiento del SFVI acorde con la temperaturas promedio por estado. 12

37 económicamente ya que se estimó el BC sin que operaran los subsidios y se encontró que en todos los casos no había beneficios, sino costos. Considerando la capacidad óptima por usuario promedio DAC por estado, es decir, la capacidad donde obtienen el máximo BC, la capacidad que es técnico-económica factible a nivel nacional es de MW p, que es mucho menor que la encontrada como potencial puramente técnico para los usuarios de esta tarifa. Consecuentemente la mayor cantidad se encuentra en 6 estados con el 84% de la capacidad potencial total. El resto se distribuye en 19 estados con una participación pequeña en el potencial de SFVI. El análisis sectorial revela de acuerdo a los resultados y supuestos realizados que la energía entregada por el SFVI impacta en la reducción en el uso de centrales de turbinas de gas debido al pico diurno que se presenta en los horarios en que está generando dicho SFVI analizado lo que redunda en una disminución de costos de combustible y O&M, así como de una reducción en los costos de transmisión y distribución para la empresa eléctrica paraestatal CFE en México. Con lo anterior, los resultados que se obtuvieron a nivel del BC social indican valores la existencia de costos netos cuando los usuarios DAC implementan capacidades menores a 1 kw p aun cuando sea el óptimo y genere beneficios netos desde la perspectiva del usuario DAC, lo cual sugiere que el operador debiera proponer como mínimo la instalación de 1 kwp de SFVI en este subsector de usuarios DAC para hacer prevalecer el interés sectorial Con esta recomendación el potencial técnico-económico viable de SFVI para usuarios DAC de la tarifa 1 en el sector residencial podría establecerse en MW p de SFVI a nivel nacional de los cuales 109 MW p estarían en el Distrito Federal, 93 MW p en el estado de México, 58 MW p en el estado de Jalisco, 44 MW p en el estado de BCN y 19 MW p en el estado de Puebla, el resto se podría instalar en 18 estados con usuarios de tarifa 1 DAC. Y 13