Sustainable Energy Training for Latin America 10-14 November 2014 Santiago Chile Renewables in Chile Grid Integration and Variability Carlos Suazo-Martínez Adviser Renewable Energy Division Ministry of Energy csuazo@minenergia.cl
Imagen Referencial Agenda El Sector Eléctrico Chile Agenda de Energía 2050 Energías Renovables en Chile Desafíos de Integración Discusión Final
El sector eléctrico chileno SING: Capacidad Instalada: 4.344 MW Demanda punta: 2.243 MW Demanda Anual: 17,2 TWh Generación térmica: 99% Población: 6% SIC: Capacidad Inst: 14.968 MW Demanda punta: 7.283 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
Principales sistemas eléctricos Situación actual: Crucero220 SING Atacama220 Chacaya220 Esperanza220 ElCobre220 Escondida220 Paposo220 DAlmagro220 SIC Cardones220 Cardones500
Principales sistemas eléctricos Crucero220 Crucero220 Atacama220 Chacaya220 Esperanza220 Atacama220 Chacaya220 Esperanza220 ElCobre220 ElCobre220 Escondida220 Escondida220 Paposo220 DAlmagro220 Paposo220 DAlmagro220 Taltal500 Cardones220 Cardones500 Cardones220 Cardones500
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
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
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
Energy in reservoirs [GWh] El sector eléctrico chileno Fuertemente afectado por condiciones hidrológicas secas Decaimiento importante de la energía total embalsada en el SIC 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 385 409 433 457 481 505 529 553 577 601 625 649 673 697 721 Spot price [USD/MWh] El sector eléctrico chileno Comportamiento de la señal de precio de corto plazo 300 Enero/2014: Cardones 220 kv 250 200 150 100 50 0 Horas Spot price Cardones 220 kv 24 per. Mov. Avg. (Spot price Cardones 220 kv)
Agenda de Energía Un desafío país, progreso para todos
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
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
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 2025. Eficiencia energética: 20% al 2025 ENAP como actor protagónico del desarrollo eléctrico del país Desarrollo de una Estrategia de Desarrollo Energético (2035 2050)
Agenda de Energía - Ejes Energías renovables tienen un rol importante en el desarrollo futuro de nuestra matriz energética
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
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.
Energías Renovables en Chile
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.)
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
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.
Energías Renovables: Instrumentos regulatorios Ley Corta I Ley 19.440 (2004) Decreto 244 (2006) Incentivos para pequeños generadores (<9 MW) Ley 10%/2024 20%/2025 Ley 20.257 20.698 (2008) (2013) Sistema RPS: 10% 20% de Energías Renovables al 2024 2025 Ley Netmetering Ley 20.571 (2013) Netmetering hasta 100 kw
Nueva capacidad [MW] Capacidad instalada [MW] Estado de desarrollo de Energías Renovables 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Biomasa Biogás Eólica Minihidro PV CSP Geotermia En evaluación 40 8 2197 199 2591 0 0 EIA Aprobada 94 1 5195 299 7811 760 120 Construcción 0 0 160 129 456 110 0 Operación 461 43 737 343 219 0 0 800 700 Fuente: CIFES Octubre 2014 600 500 400 300 200 100 Biogas Biomasa Eólica Hidro Solar 0 2010 2011 2012 2013 2014
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:
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
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 2020. Con atención especial a las energías intermitentes (solar PV y eólico)
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.
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.
Participación ERNC Capacidad instalada (MW) Capacidad instalda (MW) Energías Renovables: Implicancias? Dificultad de definir una hoja de ruta para el desarrollo energético de Chile: 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Capacidad instalada adicional requerida [MW] 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Año 2025 Año 2030 Participación de Energías Renovables en Chile 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2020 2025 2030
Energías Renovables: Implicancias? Hasta 2020 en el SIC+SING 7.500 MW de energía eólica y solar son técnicamente viables Ejemplo de un despacho en 2020: Una semana de inverno con alta participación ERNC MW 4000 3000 2000 1000 Despachos Semana 29 2020: 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 0 24 48 72 96 120 144 168 horas La suficiencia es aceptable Despachos sin requerir Semana 29 2020: respaldo 16-Jul a 22-Jul adicional. 4000 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 3000 2000 1000 bombeo 24 48 72 96 120 144 168 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
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.
Reflexiones finales
Discusión final Chile tiene un potencial de por lo menos 1.865 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 7.500 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.
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.
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
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
Sustainable Energy Training for Latin America 10-14 November 2014 Santiago Chile Renewables in Chile Grid Integration and Variability Carlos Suazo-Martínez Adviser Renewable Energy Division Ministry of Energy csuazo@minenergia.cl