Negavatios a partir de la incorporación masiva de paneles solares térmicos

Transcripción

1 Negavatiosapartirdelaincorporaciónmasiva depanelessolarestérmicos Autores:NicolásCastromán ErnestoElenter DanielLarrosa Docente:RubenChaer InstitutodeIngenieríaEléctrica FING Juliode2011 Montevideo Uruguay IMPORTANTE: Este trabajo se realizó en el marco del curso Simulación de Sistemas de Energía Eléctrica (SimSEE) y fue evaluado por el enfoque metodológico, la pericia en la utilización de las herramientas adquiridas en el curso para la resolución del estudio y por la claridad de exposición de los resultados obtenidos. Se quiere dejar expresamente claro que no es relevante a los efectos del curso la veracidad de las hipótesis asumidas por los estudiante y consecuentemente la exactitud o aplicabilidad de los resultados. 1

2 1. Introducción LoscostosdeabastecimientodeUruguayenlosúltimos7añoshansidorelativamentealtos,lo quesereflejaenunaltocostomarginal,yviéndoseforzadoaimportarenergíaeléctricacon pocacapacidaddenegociación.paraevitarestasituaciónenelfuturonuestropaísincorporóa suestrategiaenergéticaunconjuntodesolucionesquetantoapuntanaincrementarlaoferta comoareducirlademanda.entrelasúltimasseencuentralareduccióndelconsumode energíaeléctrica,atravésdemedidasdeeficienciaenergéticas.unadeellas,consisteenel aprovechamientodelaenergíasolarparaelcalentamientodeagua.esaactividadrepresenta el37.2%delusoresidencialdeenergíaeléctricaennuestropaís.,deacuerdobalance NACIONALENENERGÍAÚTILDEURUGUAY Estetrabajoanalizaprimariamenteyconlaslimitantesqueseexpondránlaincorporaciónde estatecnologíaenlamatrizenergéticadeluruguay,enelmarcodelaprendizajedela PlataformadeSimulacióndeSistemasdeEnergíaEléctrica SimSEE. 2. Negavatios NEGAVATIOS,sonlosMegavatiosretiradosdelademandadeunsistemaeléctricoporla incorporacióndemedidasde: EFICIENCIAENERGÉTICA ENERGÍASRENOVABLES Diversosestudiossostienenqueesmasbaratoahorrarenergíaquegenerarla. Porejemplo,elBIDreportóen2008que: SiUruguaymejorarasueficienciaenergéticaenun10%enelcursodelospróximos10años, ahorraríaelequivalentea1,020gwhdeelectricidadporañoen2018. Elcostoparalograreseniveldeeficiencia(basadoeninversionesenlámparasymotores eficientes,entreotrasmedidas)seríaaproximadamenteus$120millonesenesemismo período(endólaresde2008).enbasealospreciosactuales,costaríaaproximadamenteus$ 380millonessólolaconstruccióndeplantas(degeneraciónconvencional),sincontarloscostos 1 Estudios de base para el diseño de estrategias y políticas energéticas: relevamiento de consumos de energía sectoriales en términos de energía útil a nivel nacional Montevideo, 7 de Julio de BALANCE NACIONAL EN ENERGÍA ÚTIL DE URUGUAY

3 operacionalesyelcombustible. Dichodeotraforma,Uruguaytienedosalternativasparagenerar1.020GWhdeelectricidad en2018:unacuestaus$120millones,ylaotraus$380millones. 3. EnergíaSolar Enlossiguientesgráficospuedeobservarselairradianciamediadiariasegúnubicación geográficaylavariaciónquelamismatienealolargodeldíaparaundíatipo.esevidente ademásquelanubosidadimponeunaimportantealeatoriedadalrecurso. LairradianciamediaanualenMontevideoasciendea4,1kWh/m2 día.paraelpresente estudio,setomaunvalorponderadoporpoblaciónde4,23kwh/m2 día. 4. Panelessolarestérmicos Lospanelesocolectoressolares,sonlosdispositivosporloscualessecapturalaenergíasolary selaconvierteenenergíatérmicaparaelcalentamientodeagua.surendimientodependedel tipoycalidaddelcolector,yenmayormedidadeladiferenciadetemperaturaexistenteentre elaguaylatemperaturaambiente. Aefectosdelpresentetrabajo,seestimóunrendimientocomplexivo(incluyendopérdidasdel panelydelainstalación)de56%. 5. EficienciaEnergética LosMWhnoconsumidosimplicanahorrodefuentesprimariasdeenergía,elprolongamiento de la vida útil de las plantas generadoras (también la postergación de inversiones en generación,transmisiónydistribución),ylanoemisióndegasesdeefectoinvernadero.asu vez,tienelaventajadeevitarpérdidasdeenergíaenelsistemadetrasmisión(t)ydistribución (d).enuruguay,laspérdidastécnicasdet+dsondeun12%aproximadamente. Porlotantolaenergíaevitadaalinstalarpanelessolarestérmicos,involucra: 3

4 Laenergíadelospaneles Laspérdidas(t+d). 6. Objetivodeltrabajo Aprenderautilizarelsoftware SimSEEparaoptimizarunsistemaeléctricodesdeelpunto devistadelcostodegeneración. Para ello se realiza un ejercicio de simulación de incorporación de paneles solares, con el objetivode: Evaluar el ahorro en el CAD (costo de abastecimiento de la demanda) por la instalaciónmasivadepanelessolarestérmicos. Comparardichoahorro,conlainversiónrequerida. 7. Escenarios Seevalúantresescenariosdeincorporacióndepaneles: ElescenarioSINPLANrepresentalaausenciadeinstalacióndepanelessolaresennuestropaís. SINPLAN TENDENCIAL ALTO ALTOYRÁPIDO Instalación promedio anual 0m m 2 hasta m 2 hasta m 2 hasta2017 ElescenarioTENDENCIALrepresentalasituaciónde BusinessasUsual,dondelainstalación de paneles se realiza de acuerdo a un crecimiento del mercado de acuerdo al marco regulatorio vigente, y al desarrollo esperado de las empresas fabricantes, importadoras e instaladorasdepanelessolares. El escenario ALTO representa un salto de escala en la instalación, multiplicando casi por 6 la instalaciónpromedioanual. Finalmente, el caso ALTO y RAPIDO es de la misma escala que el anterior pero implica el adelantamientodeinversiones. Elsiguientegráficomuestralaevolucióndelstockdecolectoresentrelosaños2012y2026: Un panel estándar tiene un área de aproximadamente 2 m 2, por lo que en el máximo de capacidadinstaladadelosescenariosaltoy,altoyrápido,seaspiraacubrirelequivalente a hogaresoestablecimientos. 4

5 ElcostoporM 2 seestimaen$14.000instaladoeimpuestosincluidos,porloqueelcostofinal deunpanelsolaresdeaproximadamenteu$1.500.seguramente,laincorporaciónmasivade losmismosbajetantoloscostosdecompracomolosdeinstalación. 8. Parámetrosdelasimulación Se realizan 100 crónicas de simulación para el período 2012 al 2026, con paso semanal y 4 postesdiarios.latasadeactualizaciónutilizada,tantoparalaactualizacióndeloscadcomo de los costos de las inversiones es del 12%. El crecimiento de la demanda es de 3,04% acumulativoanual.alparquegeneradoractual,seleagreganlassiguientesunidades: Tipo Potencia Costovariable Régimende despacho Eólicos 620MW 90USD/MWh Autodespachada. Biomasa 80MW 90USD/MWh Autodespachada. Biomasa 120MW 100USD/MWh Convocable. CCagas 540MW 64USD/MWh Convocable. LasVariablesAleatoriasaincluirson: Lluvias, Preciodelpetróleo, Vientos, ModeladoscomoprocesosestocásticosutilizandounSintetizadorCEGH. LaENERGÍASOLARdemodelaatravésdelSIMSOLAR,laseriederadiaciónsolaresperadade 100 años a 50 (que maximiza la Energía en Invierno). Se pondera la radiación existente en Tacuarembó(25%),conzonametropolitanadeMontevideo(75%),reflejandounahipótesisde futurasincorporacionesdepanelesconesadistribucióngeográfica. Estaradiaciónsolarestraducidaaenergíadiaria,atravésde: rendimientodelcolector(56%). expandidosporel12%depérdidasdet+d. Esa energía diaria generada (kwh/m2 día) se distribuye a lo largo del día, en base a la encuestarealizadaporute(1995)delacurvadecargadiariayestacionaldelusodecalefones eléctricosenuruguay. DeestemodoseobtienelacurvadecargadelaDEMANDAELÉCTRICAEVITADA(NW),oloque es lo mismo, la GENERACIÓN VIRTUAL (MW) generada por la cantidad de paneles solares presentesencadaaño.conestainformación,secalculalosvaloresporpostehorarioyapartir deellosserealizaunanálisisserialyseobtienelosparámetrosparaconstruirlaseriesintética degeneraciónsolartérmicaporpostededemanda. 5

6 9. Resultadosobtenidos. a. Energía. En relación a la generación de energía, la introducción de los colectores solaresarrojanlossiguientesresultados: Se presentan los resultados de generación de energía semanal para el escenario masivo rápido: Enprimerlugar,seobservaqueelmáximodeinstalaciones(generación)sedaenelcuatrienio Ensegundolugar,ladispersióndelosvalorespareceríademasiadoalta. Porotrolado,losahorrosparalamáximacantidaddecolectoresdecadaescenarioson: tendencial Alto altoy rápido %ahorrorespecto consumo2010 1,8% 8,0% 8,1% potenciamediaahorrada (MW) Presentamostambiénlosresultadossobrelaenergíadefalla 6

7 disminucióndelafallaprevistaal1%de excedencia año tendencial Alto Altoyrápido % 1% 2% % 4% 7% % 23% 39% % 0% 0% % 19% 48% % 11% 33% % 69% 100% % 66% 89% % 0% 0% % 42% 71% % 35% 35% % 0% 0% % 97% 91% % 44% 27% % 72% 0% Todosdisminuyenconsiderablemente,perosobrevaloresdefalladepartidamuybajos. b) Ahorroycostos. PararealizarlacomparaciónentrelosahorrosdelCADylainversiónrequerida,secomienza obteniendoloscadparacadaunodelosescenariosdefinidos: A continuación se muestra, para el período 2012 a 2026 el CAD en valor esperado, y con probabilidadesdeexcedenciade5%y95%,enmmusdactualizadosal12%,paraloscuatro escenarios: s/p tendencial alto altoyrápido promedio 5,0% 95,0% promedio 5,0% 95,0% promedio 5,0% 95,0% promedio 5,0% 95,0% $4.603 $6.573 $3.500 $4.581 $6.525 $3.491 $4.512 $6.367 $3.461 $4.453 $6.235 $ ,8% -46,8% 42,4% -46,5% 41,1% -45,6% 40,0% -44,8% Los resultados de ahorros operativos para el período 2012 al 2026 (con una tasa de actualizacióndel12%)sonlossiguientes: En Millones de USD s/p tendencial alto altoyrápido s/p tendencial alto 59 altoyrápido 7

8 Mientrasqueelvaloractualdelasinversionesnecesarias,semuestraenelsiguientecuadro: En Millones de USD tendencial alto altoyrápido VANdelainversión (enmillonesdeuss) La siguiente gráfica muestra los valores del CAD anual, y puede observase a simple vista la disminucióndelriesgodecostosqueimplicalaincorporacióndelospanelessolarestérmicos Costo de Abastecimiento MUS$ AÑO s/p promedio s/p 5% s/p 95% alto y rápido promedio alto y rápido 5% alto y rápido 95% En efecto, en el año 2020 con el máximo de colectores instalados el rango de variación de costosdisminuyeun30%.estoes,paraelaño2020lavariacióndecostosentreelpercentil5% y95%esde261millonesenelcasosinplanyesde184enelcasoaltoyrápido.loscostosdel percentil 95% prácticamente no varían entre ambos casos pero los costos del percentil 5% (seco)varíadelentornode90millones( ). c) Ahorroparaquienesinstalenunsistemadecolectoresensupropiedad Porotrolado,esnecesarioconsiderarquelosusuariosqueinstalenelcolectorsolar,evitarían unporcentajemuyaltodesusrequerimientosdeenergíaparaacs(aguacalientesanitaria),y dadoqueesteconsumoesresponsabledeaproximadamenteel37%desuenergíaeléctrica (sectorresidencial),lesreportaríaimportantesahorrosensufacturadeute,yrepagaríansu inversiónenaproximadamente3,5años.amododeejemplo,evaluandoelpreciodela energíaevitadaenel2ºescalondelatarifaresidencialdeutea$4,94/kwh,cadahogar invertiría$28.000,yahorraría$8580/año.realizandoelflujodefondosa10años,elvalor ActualnetodelainversiónesfrancamentepositivoyascenderíaVAN(12%)=$18286/hogar. Siserealizarán instalaciones,ElproyectototalevidenciaríaunVAN=370MMUSD De acuerdo a estos resultados, los beneficios del sistema eléctrico cuantificados solamente por los ahorrosenlageneracióndeenergía(considerandopérdidas)seríandeusd150millones. En tanto que los beneficios para los usuarios de energía que instalen los paneles podrían estimarseenusd370mmusd. Elbeneficioparalasociedadseríalasumadeambosguarismos,esdecirUSD520millones. 8

9 (Esteanálisisnoabarcatodalacomplejidaddeltema,yaquerestaanalizarbeneficiosadicionalespor postergación de inversiones, y en contrapartida, las pérdidas de facturación y utilidad que le generaríanautelareduccióndelvolumendeenergíavendido). Vistodesdeotropuntodevista,losahorrosdeenergíapuedensercuantificadosdeacuerdo alsiguientecuadro Valoractualdeloscostosevitadosporm 2 decolector (USD) basedecomparación tendencial alto altoyrápido s/p $519 $522 $494 tendencial $393 $ Conclusiones Quedademanifiestoque SimSEEesunaherramientavaliosaparaevaluarlosahorrosenel CAD,porlaimplantacióndeproyectosdeEficienciaEnergéticayEnergíasRenovables.Queda tambiéndemanifiestolaimportanciadelcabalconocimientodelashipótesissobrelasquese trabaja,nuestrasconclusionesderivandeesashipótesis.peroademáslaconvenienciadeuna medida tiene muchísimas más aristas que la reducción del CAD de un programa como el SIMSEE. Dichas consideraciones pueden ser por: ser fuente autóctona, ser fuente renovable, diversificación de fuentes, producción descentralizada, conciencia de uso racional y eficiente de la energía, inversiones descentralizadas económica y espacialmente, creación de micro y medianas empresas, efecto arrastre en la economía nacional, generación de tecnología nacional,etc.. Enelejerciciorealizado,separtededeterminadaexpansióndelageneración,queimplicala reducción del costo marginal del sistema por debajo de 50US$/MWh mediante voluminosas inversionesengeneración,sinuestropaíslograeso,obviamentehaypocacosaparamejorar. Enesteplanlo enterrado,esdecirloscostoshundidos,generanloquesellamainerciadelas condicionesiniciales,poresoloviejoengeneralesmásbaratoquelonuevo,porqueloscostos queobservaelmercadonocontienentodalainformación. Loqueesdestacableenestemarcoesqueigualmenteselogreunahorrodecostosoperativos tansignificativosrespectoalainversiónrealizada,peseaesosvalorestanbajosdeloscostos marginales,ademásselograunadisminuciónimportantedelosriesgosdecostosylosniveles defalladelsistema.esteejercicioportanto,norespondelapreguntadesiesonoconveniente hacerlo porque supone como dadas muchas otras inversiones sin haber considerado los colectoressolarestérmicos,cuandoenrealidadlainversiónencolectoressolaresespartede lasolución. Seobservaquelosahorrosdegeneracióndeenergíasonrelevantesypuedencontribuirala puestaenmarchadeunprogramaapoyoporpartedeute,paralasustitucióndelconsumode calentadores eléctricos por un sistema de calentamiento de agua con colectores solares. Realizando375,000instalaciones,selograríaunapotenciaevitadade87MWmedios. 9

10 Para una interpretación más completa de la relevancia de la medida dentro del SIMSEE, es necesarioanalizarelimpactosobreelplandeinversiones.paraello,loscolectoresdeberían entrar en la optimización del parque generador, y no ser agregados posteriormente a la optimizacióndelparque,comosehizoenestetrabajo. Resultallamativoquesedenalgunosresultadosalgocontradictorios,porunladoseahorran costosoperativosperoloscostosdeinversiónsonmayoresaesoahorros,loqueresultaríaque mirando el indicador del CAD esta inversión no se rentabilizaría si se hiciera como sistema eléctricocentralizado,peroporotrolado,lainversiónpareceserrentableparalosusuariosdel sistemaeléctrico.sinduda,estoespartedelosestudiosadicionalesquehacenfalta. Finalmente, conviene resaltar que se requieren estudios adicionales no abarcadas por el SIMSEE,paraevaluar(entreotrosaspectos)elahorroenloscostosdelsistemaeléctrico,por la incorporación de paneles solares, ya que se estarían difiriendo además inversiones en TrasmisiónyDistribución. 10