Renewables in Chile Grid Integration and Variability

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1 Sustainable Energy Training for Latin America November 2014 Santiago Chile Renewables in Chile Grid Integration and Variability Carlos Suazo-Martínez Adviser Renewable Energy Division Ministry of Energy

2 Imagen Referencial Agenda El Sector Eléctrico Chile Agenda de Energía 2050 Energías Renovables en Chile Desafíos de Integración Discusión Final

3 El sector eléctrico chileno SING: Capacidad Instalada: MW Demanda punta: MW Demanda Anual: 17,2 TWh Generación térmica: 99% Población: 6% SIC: Capacidad Inst: MW Demanda punta: MW Demanda Anual: 50.2 TWh Generación Hidro: 35-65% Población: 92% Generación SIC-SING año 2013 (68 TWh) 6% 4% Carbon GNL 46% Hidro 27% Renovables Diesel 17% Aysén: Capacidad Instalada: 49 MW Demanda punta: 25 MW Demanda Anual: 155 GWh Población: 1% 25% 0% 14% Eólica Biomasa Magallanes: Capacidad Instalada: 112 MW Demanda punta: 51.7 MW Demanda Anual: 291 GWh Población: 1% 61% Hidro Solar

4 Principales sistemas eléctricos Situación actual: Crucero220 SING Atacama220 Chacaya220 Esperanza220 ElCobre220 Escondida220 Paposo220 DAlmagro220 SIC Cardones220 Cardones500

5 Principales sistemas eléctricos Crucero220 Crucero220 Atacama220 Chacaya220 Esperanza220 Atacama220 Chacaya220 Esperanza220 ElCobre220 ElCobre220 Escondida220 Escondida220 Paposo220 DAlmagro220 Paposo220 DAlmagro220 Taltal500 Cardones220 Cardones500 Cardones220 Cardones500

6 Diferencias entre SIC y SING Realidad operativa es diferente en ambos sistemas (SIC y SING) Sistema Interconectado Central (SIC) Centrales hidráulicas: Tiempos de partida: BAJO Tiempos mínimo de operación: BAJO Tasas de toma de carga: ALTO Potencia mínima técnica: BAJO Demanda: variabilidad horaria Disponibilidad de embalses Mayor flexibilidad Presencia de cuellos de botella podría limitar la flexibilidad Importante variabilidad interanual

7 Diferencias entre SIC y SING Realidad operativa es diferente en ambos sistemas (SIC y SING) Sistema Interconectado Norte Grande Centrales turbo-vapor: Tiempos de partida: ALTO Tiempos mínimo de operación: ALTO Tasas de toma de carga: BAJO Potencia mínima técnica: ALTO Demanda: alta variabilidad intra-horaria Parque térmico Baja flexibilidad

8 El sector eléctrico chileno Sector ha evidenciado una serie de situaciones que han estresado al sistema eléctrico. Fuertemente afectado por condiciones hidrológicas secas Fuente: CDEC-SIC

9 Energy in reservoirs [GWh] El sector eléctrico chileno Fuertemente afectado por condiciones hidrológicas secas Decaimiento importante de la energía total embalsada en el SIC

10 Spot price [USD/MWh] El sector eléctrico chileno Comportamiento de la señal de precio de corto plazo 300 Enero/2014: Cardones 220 kv Horas Spot price Cardones 220 kv 24 per. Mov. Avg. (Spot price Cardones 220 kv)

11 Agenda de Energía Un desafío país, progreso para todos

12 Agenda de Energía Lanzamiento Agenda de Energía Mayo 2014 Parte de las 50 medidas de los 100 primeros días de gobierno. Diálogo interministerial y colaborativo con diversos actores: Sociales Políticos Parlamentarios Municipalidades Empresas ONGs Academia Es necesario llevar a cabo un cambio de paradigma: un rol más activo del ESTADO. Es una política de largo plazo: se impulsarán políticas y acciones para lograr avances sustanciales en los próximos diez años en los diversos ámbitos de esta transición energética

13 Agenda de Energía Disponer de energía es una condición necesaria para el crecimiento, desarrollo económico y avanzar a una mayor inclusión social. Pilares CONFIABLE SUSTENTABLE INCLUSIVA DE PRECIOS RAZONABLES

14 Agenda de Energía OBJETIVOS: Reducir los costos marginales durante este período de Gobierno en un 30%. Reducir los precios de las licitaciones de suministro eléctrico en un 20%. Energías Renovables a un 20% al Eficiencia energética: 20% al 2025 ENAP como actor protagónico del desarrollo eléctrico del país Desarrollo de una Estrategia de Desarrollo Energético ( )

15 Agenda de Energía - Ejes Energías renovables tienen un rol importante en el desarrollo futuro de nuestra matriz energética

16 Agenda de Energía - Ejes 03 DESARROLLO DE RECURSOS ENERGÉTICOS PROPIOS Potenciar el desarrollo de energías renovables Modificaciones en licitaciones de suministro para energías renovables Diversificar el desarrollo de fuentes renovables Desarrollo de energía geotérmica para el desarrollo local Desarrollo de regiones aisladas Desafíos de la calefacción y el uso de dendroenergéticos

17 Agenda de Energía Integración de las Energías Renovables en los Sistemas Interconectados Analizar implicancias operacionales y económicas de las energías renovables sobre los sistemas eléctricos, con el fin de generar evidencia para la definición de la política energética nacional.

18 Energías Renovables en Chile

19 Potencial de Energías Renovables Potencial de Energías Renovables es 100 veces mayor a la potencia de generación actualmente instalada Solamente considera potencial con alto factor de planta (Eólico: 30%, PV fijo: 24%, CSP: >50% (incl. 7,5hrs. almacenamiento), Hidroeléctrico: 50%) Excluye zonas protegidas, centros urbanos y poblados, caminos, cuerpos de agua, etc. Considera limitaciones geográficas especificas para cada tecnología (como altitud, pendiente, etc.)

20 Energías Renovables y Política Energética El desarrollo de las energías renovables no es un objetivo en si mismo, sino un instrumento para el logro de los objetivos superiores de la política energética: Eficiencia Modularidad y tamaños menores disminuyen barreras de entrada a mercados. Costos competitivos?? Disminuyen dependencia externa Diversificación de suministro Distribución geográfica Costos de generación estables Seguridad Sustentabilidad Bajos impactos locales Impactos reversibles Bajas emisiones CO2 Bajo impacto sobre otras actividades económicas

21 Energías Renovables y Política Energética Ya están las condiciones para el desarrollo de las Energías Renovables en Chile: Mercado eléctrico pequeño + Potencial elevado aún sin desarrollar + Consolidación tecnológica de las energías renovables + Aumento de precios de la energía En Chile existen condiciones para el desarrollo de una cartera amplia de proyectos de energías renovables viables sin subsidios.

22 Energías Renovables: Instrumentos regulatorios Ley Corta I Ley (2004) Decreto 244 (2006) Incentivos para pequeños generadores (<9 MW) Ley 10%/ %/2025 Ley (2008) (2013) Sistema RPS: 10% 20% de Energías Renovables al Ley Netmetering Ley (2013) Netmetering hasta 100 kw

23 Nueva capacidad [MW] Capacidad instalada [MW] Estado de desarrollo de Energías Renovables Biomasa Biogás Eólica Minihidro PV CSP Geotermia En evaluación EIA Aprobada Construcción Operación Fuente: CIFES Octubre Biogas Biomasa Eólica Hidro Solar

24 Energías Renovables: Implicancias? Expansión de ERNC en los sistemas interconectados en Chile Objetivo: Disponer de antecedentes objetivos sobre la viabilidad y el beneficio del desarrollo de las energías renovables, para apoyar la toma de decisiones en política energética Con información y datos de:

25 Energías Renovables: Implicancias? Proceso MESA ERNC Energía 2050: Juicio experto y consenso Data y análisis Fase 1: planificación Establecer un Comité Directivo Determinar alcance Seleccionar stakeholders y expertos Obtener datos económicos, ambientales y energéticos para llevar a cabo investigación de línea base Fase 2: visión Llevar a cabo un workshop para establecer visiones e identificar objetivos de largo plazo Analizar escenarios futuros para el sector energía y el medio ambiente Fase 3: desarrollo de hoja de ruta Llevar a cabo workshops para identificar barrera y priorizar la necesidad de tecnologías, políticas y plazos Evaluar la potencial contribución al futuro energético y a los objetivos económicos y ambientales Desarrollar documento de hoja de ruta Llevar a cabo revisión y consulta cíclica con principales stakeholders Redefinir y lanzar la hoja de ruta Fase 4: implementación, monitoreo y revisión Llevar a cabo workshops para reevaluar prioridades y plazos en vista del progreso y las nuevas tendencias. Actualizar la hoja de ruta Revisar cambios energéticos y ambientales, como también en factores económicos a medida que la hoja de ruta es implementada 1-2 meses 1-2 meses 2-6 meses 2-8 meses Recurrente Fuente: IEA 2014

26 Energías Renovables: Implicancias? Análisis imparcial del desarrollo de los sistemas interconectados en los próximos 20 años. Identificación, cuantificación y caracterización de los recursos renovables Planificación de expansión optima de generación y transmisión bajo criterio de mínimo costo para el sistema y análisis de riesgo (p.ej. precio de gas) Investigación de la viabilidad técnico-económica de un sistema con alta penetración de energías renovables al año Con atención especial a las energías intermitentes (solar PV y eólico)

27 Energías Renovables: Implicancias? Relevancia en los datos utilizados: Consideración de diversos escenarios de costos tecnológico y combustibles Estudios geofísicos y meteorológicos para obtener data de perfiles renovables (correlación con mediciones reales en sitios) Caracterización al detalle de aspectos operativos de ambos sistemas.

28 Energías Renovables: Implicancias? Característica hidrotérmica hace más complejos los análisis Planificación de Expansión Escenarios plausibles de penetración renovable Coordinación Hidrotérmica (1) Uso óptimo del agua en largo plazo. Fenómenos intranuales. Coordinación Hidrotérmica (2) Uso óptimo del agua en mediano plazo. Fenómenos intramensuales Operación horaria Determinación de impactos operativos Fenómenos horarios.

29 Participación ERNC Capacidad instalada (MW) Capacidad instalda (MW) Energías Renovables: Implicancias? Dificultad de definir una hoja de ruta para el desarrollo energético de Chile: Capacidad instalada adicional requerida [MW] Año 2025 Año 2030 Participación de Energías Renovables en Chile 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

30 Energías Renovables: Implicancias? Hasta 2020 en el SIC+SING MW de energía eólica y solar son técnicamente viables Ejemplo de un despacho en 2020: Una semana de inverno con alta participación ERNC MW Despachos Semana : 16-Jul a 22-Jul Con restricciones V14 Recorte EF Eólico Fotovoltaico CSP Diesel Fuel-Oil-No.6 GNL-CCTV GNL-TG Carbón Geotermia Hidro horas La suficiencia es aceptable Despachos sin requerir Semana : respaldo 16-Jul a 22-Jul adicional La expansión de ERNC permite una operación confiable bajo los supuestos siguientes: Sin restricciones Criterios de reserva: dinámicos según generación ERNC pronosticada Medidas incorporadas (ejemplos): Control Automático de Generación (AGC), pronóstico de generación ERNC conjunta e integrada, No desconexión en caso de falla ( fault ride through ), Opción de recorte de generación ERNC 0 Equipamiento correctivo: p.ej. Statcom, opcionalmente sistemas de baterías o centrales de bombeo Recorte Demanda EF Eólico Eol+CSP+Ftv Fotovoltaico Eólico CSP Fotovoltaico Diesel CSP Fuel-Oil-No.6 GNL-CCTV GNL-TG Carbón Geotermia Hidro Ministerio 4000 de Energía Perfiles Demanda Eol+CSP+Ftv Eólico

31 Energías Renovables: Recomendaciones Aumentar la flexibilidad del sistema a través de una participación activa y coordinada del parque generador en la regulación del sistema Implementación de pronósticos integrales y coordinados de generación eólica y fotovoltaica. Cambios en la operación y reservas: AGC y reserva distribuida con participación mayoritaria de las unidades. Monto y asignación de reserva secundaria dinámica. Mejoramiento de tecnología de comunicaciones, control e inteligencia computacional desde la planificación a la operación en tiempo real. Mercado eficiente de servicios complementarios.

32 Reflexiones finales

33 Discusión final Chile tiene un potencial de por lo menos GW de energía eólica, solar e hidroeléctrica. En los niveles explorados, una alta participación de energías renovables en el SING y SIC es económicamente eficiente. Hasta 2020 en el SIC+SING MW de energía eólica y solar son técnicamente viables Con algunas adecuaciones normativas y técnicas se alcanza una operación confiable. Se cuenta con nuevos antecedentes para apoyar la política energética. El conjunto de trabajos conforma un análisis objetivo e integral y más profundo en este ámbito en Chile.

34 Discusión final Además de confirmarse las características inmejorables de la radiación solar en el norte de Chile, se identifican zonas con potencial interesante para desarrollo eólico con factores de planta sobre 35%. El SING podría desarrollarse sin requerir de nueva capacidad de generación convencional. Variabilidad de generación eólica y fotovoltaica causan un menor uso de de gas, sin requerir aumento en capacidad de regasificación (no hay necesidad de nuevos terminales al 2020). Número de encendidos de unidades a gas crece considerablemente (4-5 por semana), pero siempre bajo los máximos aceptables a nivel internacional. La interconexión SIC-SING mejora la estabilidad de los precios, pero no tiene incidencia significativa en el costo esperado de largo plazo.

35 Costos Discusión final Desprender carga (EDAC) Almacenamiento químico Expansión Transmisión Recorte RE Estratégico Despacho subhorario Pronóstico RE Código de red Co-optimización Liquidez Servicios Complementarios Mejorar diseño mercado Respuesta residencial Respuesta comercial e industrial Rampa carbón Rampa Gas y CCGT Rampa hidro Refuerzo Transmisión Manejo avanzado Transmisión Centrales bombeo Almacenamiento térmico Los costos dependen del sistema y evolucionan en el tiempo OPERACIÓN DE SISTEMA MERCADO DEMANDA GENERACIÓN TRANSMISIÓN STORAGE Tipo de intervención Fuente: NREL 2014

36 Costos Discusión final Desprender carga (EDAC) Almacenamiento químico Expansión Transmisión Recorte RE Estratégico Despacho subhorario Pronóstico RE Código de red Co-optimización Liquidez Servicios Complementarios Mejorar diseño mercado Respuesta residencial Respuesta comercial e industrial Rampa carbón Rampa Gas y CCGT Rampa hidro Refuerzo Transmisión Manejo avanzado Transmisión Centrales bombeo Almacenamiento térmico Los costos dependen del sistema y evolucionan en el tiempo OPERACIÓN DE SISTEMA MERCADO CARGA FLEXIBILIDAD GENERACIÓN TRANSMISIÓN STORAGE Tipo de intervención Fuente: NREL 2014

37 Sustainable Energy Training for Latin America November 2014 Santiago Chile Renewables in Chile Grid Integration and Variability Carlos Suazo-Martínez Adviser Renewable Energy Division Ministry of Energy

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