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1 Curso Internacional Planificación y gestión sostenible de los recursos ambientales y naturales Cartagena de Indias Colombia Agosto de 2010 Análisis multi-criterio con LEAP de la sustentabilidad del sector energético colombiano IM, MsC, Ph.D (c) Ricardo Quijano Hurtado. Universidad Nacional de Colombia

2 Modelo de planeamiento energético sostenible y desarrollo de energías renovables, basado en Sistemas de Información Geográfica - SIG, Análisis Multicriterio de Decisión y manejo de demanda L.E.A.P IM, MsC, Ph.D (c) Ricardo Quijano Hurtado. Escuela de Procesos y Energía

3 fue desarrollado conjuntamente por la Universidad Nacional de Colombia y el Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas CIEMAT - de España, como proyecto de investigación en el marco del convenio de cooperación entre las partes. Aplicación de caso - Colombia -.

4 Que es Es un modelo de planeamiento energético sostenible, basado: L.E.A.P para manejo, análisis y simulación de la demanda, transformación y oferta de la Energía. Sistemas de Información Geográfica- SIG para potencializar oferta energía, Análisis Multicriterio para la toma de Decisión Busca la sostenibilidad mediante en el cambio de la matriz energética, identificando potencialidades energéticas de una región e integrando energías renovables, valorando impactos ambientales, sociales, técnicos y económicos basados en criterios de desarrollo sostenible.

5 . Conceptualización del

6 Entorno del puede ser utilizado para evaluar proyectos o planes a nivel Local, Regional y Nacional. Simula el cambio de la estructura de la Matriz Energética. Formula Políticas Energéticas Sectoriales, Regionales o Nacionales, ya que identifica los recursos propios de la región y posibilita la autosuficiencia energética. Simulación de escenarios sostenibles en comparación con otras alternativas energéticas, dependiendo con la disponibilidad del recurso energético.

7 Característica General del Es un Sistema de apoyo en el proceso de toma de decisión, a través de modelos y herramientas que cumple con las siguientes características: 1. Apoyo en todos los niveles jerárquicos de la Organización. 2. Flexible y fácil de usar y entender. 3. Permite construir escenarios tipo ( que pasa si?) 4. Involucra varios modelos, energético, geográfico, toma de decisión. 5. Incorpora el estilo planificador (decisor) 6. Presenta resultados en tablas y gráficos y mapas, concluyentes. 7. Incorpora herramientas espaciales(sig) Análisis multicriterio.

8 Característica del El se caracterizan porque.. El modulo Enerdem calcula y simula la demanda y oferta energética: Matriz Energética. Flujo Energético Escenarios Sostenibles y eficientes. Indicadores Energéticos. Indicadores Ambientales Políticas Energéticas El Modulo EnerGIS identifican potenciales de Energías Renovables con criterios ambientales y sociales, como: Energía Solar, Energía Eólica, Dendroenergía, Biocombustibles Aprovechamientos Hidroeléctricos.

9 Característica del El modulo Enersos simula y calcula:. Externalidades Califica Proyectos. Relaciona Variables subjetivas Compara variables mediante las técnicas AHP Electre III - Programación por Compromiso variables: Técnicas Económicas Ambientales sociales y Estratégicas (regulación y políticas)

10 Necesidades básicas de El requiere de: Utiliza el modelo LEAP, software libre energycommunity.org Trabaja con el software de ESRI de ARGIS 9.3 para el sistema de información Geográfica - Licenciado. La plataforma esta basada en el lenguaje Visual Basic.net que da soporte a la estructura de LEAP, ARGIS y a todas las herramientas de Análisis Multicriterio, siendo tranparente para los usuarios del, la versión se encuentra en versión Beta en ambiente Windows XP, o 7.

11 v 1.12 EnerGIS

12 v 1.12 EnerGIS

13 Enerdem EnerGIS

14 Long-range Energy Alternatives Planning System

15 Fundación Bariloche, es el punto focal de esta iniciativa para América Latina y el Caribe. Enerdem LEAP LEAP (Long-range Energy Alternatives Planning System) Desarrollado por el Stockholm Environment Institute Boston (SEI-B). Es un modelo de simulación, del tipo bottom-up, integra la dimensión energético-ambiental. Calcula la prospectiva de la demanda de energía Determina recursos necesarios para suplir la demanda. Representa el balance de Energía Representa la Matriz energética. Calcula Emisiones IPCC El modelo posee más de 2000 usuarios en todo el mundo, distribuidos en más de 120 países. Cuenta con la iniciativa COMMEND, (comunidad mundial de expertos energéticos), coordinada por el SEI-B. Ofrece acceder a las novedades del modelo, oportunidad de capacitación y compartir experiencias de aplicaciones así como sugerencias de mejoras vía WEB.

16 Enerdem LEAP LEAP (Long-range Energy Alternatives Planning System) Su principal objetivo es brindar soporte integrado y confiable, para el desarrollo de estudios de planeamiento energético integrado, representando la matriz energética. Como modelo de simulación bottom-up energético-ambiental, se basa en escenarios, del tipo demand-driven. En un escenario de demanda final de energía, LEAP asigna los flujos energéticos entre las distintas tecnologías de abastecimiento energético, calcula el uso de los recursos, impactos ambientales y detecta necesidades de ampliación de los procesos de producción de energía, así como los costos asociados y determina emisiones IPCC.

17 Enerdem Typical Data necesidades Requirements for de Información LEAP/Bottom-up Analyses Variables Macroeconomicas Variables explicativas sectoriales Información más detallada sobre las variables explicativas sectoriales Información en Demanda Energética Total Sectores y subsectores Uso final y características tecnológicas por sector y subsector Precios e ingresos Información de Oferta Energética Características de la oferta energética, transporte y unidades de conversión Plantas de Oferta Energética Recursos Energéticos y precios Opciones Tecnológicas Costos de la Tecnología y perfomance Tasas de Penetración Costos Administrativos y del programa Factores de Emisión PBI/valor agregado, población, tamaño del hogar Producción de industrias energo-eintensivas (ton o $ acero); necesidades de transporte (pasaj-km, ton-km); distribución del ingreso, etc. Uso de combustible por sector/subsector a) Apertura de los usos finales por dispositivo: nuevos vs. existentes, stock de vehiculos por tipo; b) Costos de la Tecnología y performance Precios, ingresos y elasticidades Costos de Capital y O&M, performance (eficiencias, factores de capacidad, etc.) Nuevas capacidades, costos y características Reservas de comnustibles fósiles, potencial de recursos renovables Costos de Capital y O&M, performance (eficiencia, factores de capacidad, etc.) Porcentaje de nuevas y de reemplazo Emisiones por unidad de energía consumida, producida o transportada

18 Información de Balance UPME Agropecuario y Minero 5,2% Otros 4,0% Tcal Residencial 21,6% Comercial y Público 5,1% Residencial Comercial y Público Industrial Transporte 37,5% Industrial 26,6% Transporte Agropecuario y Minero Otros Total Fuente: Balance Energético UPME

19 Información de Balance - UPME Estructura del Consumo Energético 0,6% 0,5% Crudo y derivados 4,1% 16,7% Gas Natural 45,5% 8,0% Carbón Leña Bagazo 20,0% 4,7% Electricidad Alcohol Biodiesel Tcal Crudo y derivados Gas Natural Carbón Leña Bagazo Electricidad Alcohol Biodiesel Otros Total Fuente: Balance Energético UPME

20 Enerdem Árbol - Colombia

21 Enerdem Intensidades

22 Enerdem Escenarios

23 Enerdem proyección demanda

24 Enerdem proyección con afectación de demanda

25 Enerdem proyección demanda transporte

26 Upme consumo en transporte GN GM DO KJ EE AC BIO Carretero Aereo Fluvial Martimo Ferreo Fuente: Balance Energético UPME

27 Enerdem Escenario caso base Consumos de cada energético en unidades de terajolues. Tanto para el año base 2005 y proyección para el año 2030, y se presenta con crecimiento vegetativo de cada energético Consumo Energético al 2005 Consumo Energético al 2030 Crecimiento al 2030 Consumos Proyectados por energético [Terajoules] Leña ,7% Residuos Vegetales ,3% Solar 0 0 0,0% Fuel Oil ,9% No Energéticos ,0% Gas Natural ,2% Coque ,1% Gas Licuado de Petróleo ,4% Keroseno ,2% Gasolina ,6% Gas Industrial ,1% Ethanol ,9% Energía Eléctrica ,9% Diesel ,2% Carbón de Leña ,9% Petróleo ,1% Carbón Mineral ,3% Biodiesel 0 0 0,0% Bagazo ,3% Total ,7%

28 Escenario Fenómeno niño

29 Enerdem Cambio Matriz Energética Consumos Energéticos Proyectados, una vez es implementada las políticas de energía eficiente Incluido en electricidad energia eólica Consumos Proyectados por energético [Terajoules] Consumo Energético al 2005 Consumo Energético al 2030 Crecimiento de Consumo al 2030 Leña ,7% Residuos Vegetales ,0% Solar 0 23 NA Fuel Oil ,0% No Energéticos ,3% Gas Natural ,2% Coque ,1% Gas Licuado de Petróleo ,8% Keroseno ,9% Gasolina ,0% Gas Industrial ,1% Ethanol ,7% Energía Eléctrica ,4% Diesel ,6% Carbón de Leña ,7% Petróleo ,1% Carbón Mineral ,6% Biodiesel NA Bagazo ,4% Total ,9%

30 Enerdem inclusión de energías renovables Escenario de Consumo de Energéticos para la transformación, en condiciones de sequía y Expansión de Generación únicamente con OEF Consumo de Energéticos para Transformación [miles de Terajoules] Total Bagasse Coal Bituminous Crude Oil Diesel Gas Industrial Hydro Natural Gas Residual Fuel Oil Solar Vegetal Wastes Wind Total

31 Enerdem emisiones de Co₂ Eq

32 Enerdem

33 v 1.12 EnerGIS EnerGIS

34 v 1.12 EnerGIS ENERGIS, utiliza el sistema de información geográfica SIG, integra de manera espacial los recursos energéticos renovables y se realiza el análisis geográfico de planificación estratégica, basado en el método multicriterio de restricciones y mediante simulación de escenarios sostenibles de oferta demanda con diferentes posibilidades tecnológicas. Esta basado en la herramienta ESRI ARGIS 9.3

35 v 1.12

36 EnerGIS Información IGAC Instituto Geográfico Agustín Codazzi - IGAC 1: Cartografía oficial Fuentes cartográficas digitales de la delimitación Geográfica del país, departamentos, municipios, centros urbanos, ríos y grandes cuerpos de agua, MDT, suelos, reservas forestales, parques Naturales, comunidades Indígenas y Afro descendientes. IDEAM Instituto de Estudios Ambientales - Mapa de Radiación Solar y Atlas Eólico. UPME Unidad de Planeación Minero Energética. UNEP World Conservation Union Mapa topográfico raster de Colombia y el mapa de áreas protegidas programa de las Naciones Unidas para el medio ambiente (UNEP, 2008). SWERA UNEP, SWERA - UNEP (United Nations Environment Programme ) Mapas de radiación y velocidad del viento.

37 EnerGIS y toma de Decisiones

38 EnerGIS Fase I Cartografía Instituto Geográfico Agustín Codazzi - IGAC 1: IDEAM Instituto de Estudios Ambientales UPME Unidad de Planeación Minero Energética. UNEP World Conservation Union SWERA UNEP Se convierte toda información en formato Raster Los parámetros del tamaño de celda de las fuentes raster son: Mascara de Análisis: Polígono oficial de límites de la República de Colombia Tamaño de Celda para análisis raster: 500 m * 500 m Sistema de Referencia: Transverse Mercator con origen de coordenadas Bogotá, medidas en metros.

39 Criterios de Sostenibilidad Fase II Se busca generar una plantilla (mapa-energéticosostenible) en la cual se analizaría la posibilidad de obtener el potencial para la ejecución de proyectos de energías sostenibles, pero para ello se requiere excluir zonas que por interés Económico, Ecológico, Social o Normativo se encuentran restringidas: Se excluyen: Zonas de Reservas Forestales Zonas de Paramos. Zonas Urbanas Cuerpos de Agua Zonas de comunidades Indígenas Zonas de comunidades Afro descendientes.

40 Zonas sostenibles EnerGIS Fase III EnerGIS Plantilla Matriz I/O con la integración de las zonas Excluidas

41 Construcción de escenarios EnerGIS Altura msnm, Precipitación mm, Caracterización suelo, Resultado Si - No Restricciones para Caña de Azúcar

42 Caña EnerGIS EnerGIS

43 Palma aceite EnerGIS EnerGIS

44 Maíz EnerGIS EnerGIS

45 Banano EnerGIS EnerGIS

46 Dendroenergía EnerGIS EnerGIS

47 Solar EnerGIS En el caso de Colombia se calculo en todos los transectos de celdas entre los 4,2 de latitud Sur y 12,5 de latitud Norte, considerando las variaciones del ángulo de incidencia durante el año solar e incluyendo el efecto de la topografía que en nuestro caso es una variable relevante en muchas regiones. Se recurrió al algoritmo Radiación Solar Areal el cual a partir de un modelo digital de elevaciones (raster) calcula las variables Horas de Brillo Solar, Radiación Solar Directa, radiación Solar Difusa y Radiación Solar Total Los parámetros con los cuales se corrió el modelo fueron: Modelo topográfico Base: DTM con tamaño de celda 500 m * 500 m Periodo de Cálculo: Un año solar (2008) Totales parciales: cada 14 días Pasos del tiempo: 0,5 horas Se corrigió con el mapa precipitaciones(nubosidad) debido a la confluencia tropical de Colombia. Con el atlas de horas de brillo solar reportadas por el IDEAM y con las estaciones meteorológicas se compararon los valores modelados vs valores medidos y a partir de allí determinar un factor de re-escalamiento

48 Solar EnerGIS EnerGIS

49 Potencial Solar EnerGIS EnerGIS Para Mayor de 5 Kwh/m² El 43% del territorio, cumple esta condición.

50 Potencial Eólico EnerGIS EnerGIS Dada la ausencia de modelos regionales que permitan simular la distribución de los vientos a la escala requerida, se procedió a tomar los datos reportados por el IDEAM, 38 estaciones como medias anuales. Estos datos fueron interpolados utilizando el algoritmo IDW. Inverse distance weighting (IDW) is a method for multivariate interpolation

51 Potencial Zona Aislada EnerGIS EnerGIS

52 v 1.12 EnerGIS EnerGIS

53 EnerGIS Hidrosig EnerGIS Hidrosig

54 ENERSOS Matriz de Sostenibilidad

55 Conceptualización ENERSOS Los métodos de evaluación y decisión multicriterio no consideran la posibilidad de encontrar una solución óptima. En función de las preferencias del agente decisor y de objetivos pre-definidos (usualmente conflictivos), los métodos multicriterio consiste en: 1. seleccionar la "mejor" alternativa(s) 2.aceptar alternativas que parecen 'buenas' y rechazar aquellas que parecen 'malas. 3. generar una 'ordenación de las alternativas consideradas (de la 'mejor' a la 'peor )

56 ENERSOS conceptualización ENERSOS Es un módulo de análisis multiobjetivo o multicriterio que evalúa las alternativas energéticas que pueden ser utilizadas para abastecer de manera sostenible la demanda en un horizontes de tiempo no muy lejanos. Enersos evalúa alternativas mediante una serie de criterios a maximizar o minimizar, mediante metodologías¹ Proceso de Jerarquías Analíticas AHP, programación por compromisos y ELECTRE III para determinar las opciones más aptas o menos recomendable. Métodos basados en utilidades: Proceso de Jerarquías Analíticas (AHP) Métodos basados en distancia : Programación de Compromiso Métodos de clasificación : ELECTRE III ¹ Decisiones con Múltiples Objetivos e Incertidumbre segunda edición Ricardo Smith Q, Oscar Dyner, Patricia Jaramillo, German Poveda, Darío Valencia Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, 2000

57 Conceptualización ENERSOS En la matriz de sostenibilidad confluyen las dimensiones: Tecnológica, Económica, Ambiental, Social Estratégica, Mediante los métodos de Decisión Multiobjetivo* realiza evaluaciones respecto a soluciones de un conjunto finito de alternativas energéticas por medio de: * Análisis jerárquico (AHP-Analytic Hierarchy Process) Programación por Compromiso Electre III.

58 Matriz de Sostenibilidad Eficiencia de la tecnología Factor de Capacidad Confiabilidad del Servicio Transferencia Tecnológica Vida Útil del Proyecto Generación Energía Tiempo de Construcción Ratio de energía Subcriterio nuevo Costo US$ /KW Instalado Costo T US/KWh energía Costo Comb-AOM US/KWh Costo Emisiones evitadas netas Costo Ambiental Externalidades Subcriterio nuevo CO² SO² Nox Material Particulado Emisiones evitadas por fijación Emisiones evitadas por generación Residuos sólidos ( cenizas) Ha / MW Deforestación Uso Energético/MW Área inundada /MW Uso de Agua en Proceso Consumo de Agua Subcriterio nuevo Cobertura del servicio Conflicto Personas Desplazadas/MW Empleos / MW Subcriterio nuevo Disponibilidad del recurso Autarquía Energética Marco Regulatorio Subcriterio nuevo

59 ENERSOS Alternativas

60 ENERSOS Métodos Multiobjetivo.

61 ENERSOS Estructura Enersos Menú Archivo, Seleccionar opción Cargar datos

62 ENERSOS Matriz de Pago

63 ENERSOS Criterio de Calificación Se deben comparar pares de subcriterios o criterios de un nivel, diciendo cuanto es más importante uno en relación al otro respecto al nivel superior que comparten. Una opción dada por Saaty: Las respuestas adoptan un valor de 1 a 9 y su recíproco. Para representar acuerdo equitativos entre las preferencias se usan números pares Si x es... que y # Igualmente importante 1 Apenas más importante 3 Bastante más importante 5 Mucho más importante 7 Absolutamente más importante 9

64 ENERSOS Criterio de Calificación Intensidad Definición Explicación 1 Igual Dos criterios contribuyen de igual forma al cumplimiento del objetivo. Siempre ocurre en los elementos de la diagonal de la matriz A 3 Moderada La experiencia y el juicio del experto favorecen levemente a un criterio sobre otro. 5 Fuerte La experiencia y el juicio del experto favorecen fuertemente un criterio sobre otro 7 Muy fuerte o demostrado Un criterio es mucho más favorecido que otro, según el experto; su predominancia se demostró en la práctica. 9 Extrema La experiencia y el juicio del experto favorecen a un criterio sobre el otro, es absoluto y totalmente claro. 2,4,6,8 Valores intermedios Cuando se necesita un compromiso de las partes entre valores adyacentes.

65 ENERSOS Sistema de calificaciones Recuadro con valores predeterminados de las calificaciones del método AHP Parte de la matriz a modificar por el decisor Índice de consistencia que indica la coherencia de las calificaciones dadas por el decisor

66 el valor de v denominado umbral de veto. Este porcentaje de veto indica cual es el tope para que definitivamente una opción sea mej ENERSOS Ponderación y calculo de pesos El Umbral de indiferencia o discordancia con la letra Q. Significa hasta que punto el decisor, permite que una opción sea igual a otra, para el decisor le es indiferente escoger cualquiera de las alternativas. El Umbral de preferencia, con la letra P, indica que tanto prefiere el decisor una alternativa por encima de otra. El valor de V umbral de veto. Este porcentaje de veto indica cual es el tope para que una opción sea mejor que otra. Lambda λ, es un valor en porcentajes que representa una restricción para los valores de la matriz de credibilidad, los valores de la matriz E de credibilidad superiores a ese son los que se tienen en cuenta para la matriz T que nos sirve para clasificar las alternativas.

67 ENERSOS Matriz de Sostenibilidad Selección de la Métrica Selección Umbral de Discordancia Q Selección Umbral de Preferencia P Selección Umbral de Veto V Selección de Lambda

68 ENERSOS Análisis Económico Precio Spot en Dólares americanos del Kilovatio hora Capacidad instalada del proyecto en Megavatios TIO Tasa de interés de oportunidad Botón Calcular

69 ENERSOS

70 ENERSOS Análisis Económico

71

72 Conclusiones puede ser utilizado para la formulación de Políticas Energéticas suministro, sustitución, dependencia, exportación. permite el cambio el Mix energético introduciendo energías renovables, biocombustibles, a nivel regional o local. pude ser usado para simular escenarios sostenibles., es compatible y flexible con el software LEAP, ARGIS y los métodos de análisis multiobjetivo de Análisis jerárquico -AHP, Programación por Compromiso y el Electré III. determinar recursos energéticos en zonas rurales, no interconectadas o de difícil acceso. Además suele ser factible de uso a nivel Nacional, regional o local.

73 Muchas Gracias!!!!!!!

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