Visión y perspectivas del futuro energético

Transcripción

1 Pontificia Universidad Católica de Chile Facultad de Ingeniería Visión y perspectivas del futuro energético Hugh Rudnick Van De Wyngard VII Bienal Internacional Cigré 2015 Futuros desafíos para el sector eléctrico chileno de noviembre de 2015

2 Take aways Identificar desafíos: Visión global y desafíos energéticos del WEO 2015 Desafíos futuros del sector eléctrico Integración masiva de energías sustentables 2

3 Señales globales de cambio en energía 3

4 Señales globales de cambio en energía 2015 ha visto reducciones importantes de precios para todos los combustibles fósiles Petróleo y gas podrían enfrentar segundo año de caída de la inversión en producción en 2016 Los precios del carbón siguen tocando fondo ya que la demanda se desacelera en China Señales de giro verde antes de la cumbre climática de París Promesas de decarbonización de más de 150 países representan el 90% de las emisiones relacionadas con la energía Adiciones de capacidad renovable en un record alto de 130 GW en

5 Demanda creciente en Asia Para el año 2040, la demanda de energía de la India se acerca a la de los Estados Unidos, a pesar de que la demanda per cápita sigue siendo un 40% por debajo del promedio mundial 5

6 Cambios crecientes en costos de tecnologías Innovación reduce los costos de las tecnologías bajas en carbono y de eficiencia energética Las ganancias en petróleo y gas se compensan con traslado a zonas más complejas 6

7 Nuevo elemento de equilibrio en mercado petrolero? Petróleo shale ha creado una mayor flexibilidad de suministro a corto plazo, pero no hay garantía que el mecanismo de ajuste en los mercados petroleros será suave 7

8 Importante cambio en demanda combustibles La nueva infraestructura, una clase media en expansión y 600 millones de nuevos consumidores significan un gran aumento en la energía necesaria para impulsar el desarrollo de la India 8

9 Electricidad liderando la transformación energética Impulsadas por políticas de estímulo, las energías renovables representan la mitad de la producción mundial adicional, superando el carbón alrededor del 2030 para convertirse en la mayor fuente de energía 9

10 Creciente aporte de energías renovables ERNC- Chile 10

11 Creciente aporte de energías renovables visión Chile HOJA DE RUTA 23% 19% 29% Al menos 70% de energías renovables en la matriz eléctrica al

12 Creciente aporte de energías renovables -California California Renewable Energy Mix, CPUC Renewable Portfolio Standard 2014Q3 Report 12

13 Reducciones dramáticas de costos -solar/eólica Costo Medio por Tecnología. Escenario de costos ERNC Medio, sin considerar pago por Potencia de Suficiencia. Valores [US$/MWh] Caracterización de costos inversión Diesel ERNC medio CA GNL CC GNL CSP Carbón Fotovoltaico 1A Eólico 90.0 Hidráulico Biomasa 80.0 Geotermia HidroAysen En línea punteada tecnologías con limitación de potencial de expansión. En línea gruesa tecnologías convencionales. Con marcador, tecnologías renovables Mesa ERNC Energía 2050, Chile 13

14 Reducciones dramáticas de costos -solar/eólica CA GNL CSP CC GNL Carbón Geotermia Hidráulico FV Eólico Biomasa Hidroaysén Mesa ERNC Energía 2050, Chile 14

15 Eficiencia ganando terreno Junto con la eficiencia energética, los cambios estructurales en la economía China favorecen la expansión de los servicios, lo que significa menos energía para generar el crecimiento 15

16 Eficiencia ganando terreno Políticas de eficiencia energética se introducen en más países y sectores; continúa lento crecimiento de la demanda, pero más se puede hacer 16

17 Importantes compromisos ante cambio climático Compromisos climáticos para COP21 son consistentes con delta de 2,7 C, con necesidades de inversión de $13,5 trillones en tecnologías bajas en CO2 & eficiencia al

18 Compromisos eléctricos desacoplan emisiones La participación de la generación de energía baja en carbono crece a casi 45% al 2030 por lo que las emisiones de energía se mantienen, mientras que la demanda de electricidad crece en más del 40% 18

19 Señales globales de cambio en energía Surgen grandes preguntas de la energía a nivel mundial: Podrán precios del petróleo mantenerse bajos durante más tiempo? Qué haría falta para que esto suceda y que significaría para la seguridad energética y para la transición energética? Qué significan las nuevas promesas por el cambio climático y la forma en que el mundo enfrenta su creciente necesidad de energía? Qué señales fuertes se requieren de París para que los gobiernos protejan las políticas contra los vaivenes del mercado?. Cuáles son las implicancias de las políticas de eficiencia energética y la creciente competitividad de las energías renovables? Avanzará la revolución del gas no convencional a nivel global, o seguirá siendo un fenómeno sólo de América del Norte? 19

20 Desafíos futuros del sector eléctrico Desarrollo de tecnologías de almacenamiento Interacciones Gas-Electricidad Redes inteligentes Prosumidor elige económicamente flexibilizan los entre abastecimiento de la red, sistemas autoabastecimiento, o mixto Penetración creciente renovables Grandes centrales más eficientes & menos emisiones Competencia de recursos distribuidos Nuevos enfoques regulatorios y políticas Oportunidades de respuesta de demanda 20

21 Desafíos futuros del sector eléctrico Amenaza de destrucción del modelo de negocios tradicional de la empresa eléctrica Menor necesidad transporte por alambres de empresas Renovables bajan costos marginales (sin combustibles) Riesgo ingresos centrales generadoras tradicionales Nuevos productos y precios Necesidad nuevos financiamiento renovables Subsidios, créditos impuestos, in-feed tariffs Desafío de adaptar el modelo de negocios y las estructuras de los mercados mayoristas 21

22 Desafíos de la integración renovable solar/eólica 1 Variabilidad: necesidad de respaldo 2 Incertidumbre de abastecimiento 3 Producción en pocas y limitadas horas Desafíos por salida intempestiva de generación, regulación de frecuencia, reserva en giro, respaldo de energías de base, mayores costos Otros desafíos técnicos eléctricos: regulación de tensión, balances de reactivos, respuesta a contingencias, estabilidad, confiabilidad 22

23 Intermitencia-variablidad Décadas Anual Estacional Días Horas Minutos Solar Eólica Mareomotriz Hidraúlica Biomasa Geotérmica Escalas de tiempo de los ciclos naturales de las energías renovables 23

24 Energías solar y eólica no despachable-california Carga, carga neta, generación solar y eólica (días ejemplo 2014) 24

25 Energía eólica no despachable Reino Unido Punta de invierno en el National Grid y necesidad de respaldo el 11 de Diciembre de

26 Desafíos de la integración renovable 1 Variabilidad: necesidad de respaldo 2 Incertidumbre de abastecimiento 3 Producción en pocas y limitadas horas Desafíos en California 2020 demanda neta se reduce en varios miles de MW durante las horas de producción solar Significativa rampa de subida de demanda entre las 17 y 20 hrs: la curva pato 26

27 Desafíos de la integración renovable-curva pato 27

28 Desafíos de la integración renovable-curva pato Strategy to Minimize Downward Violations Strategy to Minimize Upward Violations Unserved Energy Limited Ramping Capability Limited Ramping Capability Renewable Curtailment Botar carga: Valor económico de carga no servida entre US$5.000 y $50.000/MWh Botar generación renovable: Debe reemplazarse por otra renovable para cumplir con objetivo. Valor de US$50-$250/MWh, dependiendo de reemplazo. 28

29 Desafío económico integración renovables-chile 9,500 9,000 Costo Anual Nominal de Inversión y Operación año 2029 [MMUS] Despacho horario con Restricciones Param. Nacionales (1) 8,500 8,000 Despacho horario con Restricciones Param. Internacionales (2) 7,500 Despacho horario sin Restricciones 7,000 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% Participación Eólica-Fotovoltaica [%] Incrementar renovables mientras no surjan costos adicionales significativos Participación en matriz de Generación [%] Año Renovable ERNC ERNC var (EF)

30 Tecnologías para integración renovable Flexibilidad, flexibilidad, flexibilidad 1 Portfolio diverso de renovables 2 Almacenamiento de energía 3 Respuesta avanzada de demanda 4 Coordinación nacional e internacional 30

31 Portfolios de energías renovables - Chile Generación de un parque, un grupo de parques y total nacional Power (MW) Wind Farm Region Days One Week Fuente: David Watts Hours Factor de planta para el país cercano a un 30% (entre un 27% y un 29%). 31 Total

32 Complementariedad de generación eólica-europa 32

33 Complementariedad de generación eólica-europa 33

34 Tecnologías almacenamiento eléctrico Junio MW 440 MW 304 MW 27 MW 100 MW 70 MW 25 MW 34

35 Reducción costos almacenamiento eléctrico Costo fotovoltaico domiciliario y costo baterías litio Costo baterías entre 300 y 400 US$/kWh 35

36 Almacenamiento hidroeléctrico Lago Laja alimenta Central El Toro 36

37 Balance energías renovables visión Chile HOJA DE RUTA 23% 19% 29% Al menos 70% de energías renovables en la matriz eléctrica al

38 Respuesta de la demanda Respuesta a variación de generación Adopción creciente herramientas respuesta demanda Beneficios a consumidores, mercado, seguridad Dificulta procesos expansión redes Respuesta a precios Impacta costos marginales Necesidad de señales de precios horarios a consumidores (real time pricing, critical-peak pricing y time-of-use tariffs) y esquemas de respuesta a incentivos Necesidad de sofisticadas tecnologías de comunicación en telemetría y control remoto (medidores inteligentes) Importantes inversiones 38

39 Respuesta de la demanda U. S. Department of Energy 39

40 Necesidades transmisión eléctrica con holguras Escenario mayor participación ERNC al año 2035 Alta congestión en la interconexión SIC-SING en escenarios de alta participación ERNC variable Mesa ERNC Energía 2050, Chile 40

41 Necesidades transmisión eléctrica con tecnología Transmisión flexible Esquemas FACTS Automatización Phasor measurement Control líneas Control flujos Detección fallas Internet/redes 41

42 Gran potencial complementariedad internacional Matrices generación en América Latina al 2012 (Luiz Barroso, IRENA, 2015) 42

43 Flexibilidad frente a variabilidad Flexibilidad hidroeléctrica balancea variabilidad de corto plazo de ERNCs Plantas hidroeléctricas con embalses son flexibles y los costos de responder a variaciones de corto plazo son menores que otras tecnologías flexibles de generación (ciclos combinados a gas, diesel) Que beneficios implica? Hidros Capturan mayores precios de energía cuando generación ERNC es más baja; aumenta valor de inversiones ERNC Existencia de generación flexible apoya desarrollo de ERNC. Menores costos de compensar la variablidad resultan en menores aumentos de costos de corto plazo, por lo que reducen riesgos de compras en el spot para ERNC Consumidores Menor volatilidad de precios de corto plazo Mayor seguridad de suministro Complementariedad hidroeléctrica y renovables (Luiz Barroso, IRENA, 2015) 43

44 Otros beneficios asociados a hidroelectricidd Diversificación de cartera de plantas no despachables de energía renovable, incluidas centrales hidroeléctricas de pasada, es menos volátil en el corto plazo que el de cada una las plantas individuales Aprovechar complementariedades climáticas, tanto estacionales como los relacionadas con la ocurrencia de El Niño, entre hidroeléctricas y ERNCs Oportunidad de balancear grandes retrasos de construcción de plantas hidroeléctricas con ENRCs modulares, superando desequilibrios coyunturales entre oferta y demanda Necesidad implementar reglas del mercado que valoren las complementariedades y que se internalizan en las señales de precios (incluyendo la contratación de servicios auxiliares) Necesidad de un enfoque sistemático para el diseño de políticas públicas (y acuerdos internacionales) para explorar las complementariedades Complementariedad hidroeléctrica y renovables (Luiz Barroso, IRENA, 2015) 44

45 Desafíos tecnológicos futuros del sector eléctrico Desarrollo de tecnologías de almacenamiento Prosumidor elige económicamente entre abastecimiento de la red, autoabastecimiento, o mixto Redes inteligentes flexibilizan los sistemas Penetración creciente renovables Competencia de recursos distribuidos Oportunidades de respuesta de demanda 45

46 Desafíos aceptación social No a Curacautín (minihidro, 3 MW) Junio 2015 No a Puchuldiza (geotérmica) Octubre 2015 No a Pichidegua (biomasa, 35 MW) Octubre 2010 No a Chiloé (eólica, 112 MW) Julio

47 Pontificia Universidad Católica de Chile Facultad de Ingeniería Visión y perspectivas del futuro energético Hugh Rudnick Van De Wyngard VII Bienal Internacional Cigré 2015 Futuros desafíos para el sector eléctrico chileno de noviembre de 2015