Desafos tecnolgicos de las energas sustentables
11 de noviembre de 2015
Hugh Rudnick Van De Wyngard
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
2Take aways
Identificar desafos tecnolgicos:
Integracin masiva de energas sustentables
Retos multisectoriales y comunes a pases de Latinoamrica para iniciar discusin sobre oportunidades de desarrollo de negocios en energas renovables.
3A cleaner energy system: renewable energy and electricity market designWilliam W. Hogan
An Era of Many Options Future energy planning must take into accountunprecedented numbers of options.Randell Johnson
The Green Impact How Renewable Sources Are Changing EU ElectricityPricesJos Pablo Chaves-vila, Klaas Wrzburg, Toms Gmez, and Pedro Linares
Halfway There Can California Achieve a 50% Renewable Grid?Arne Olson, Amber Mahone, Elaine Hart, Jeremy Hargreaves, Ryan Jones, NicolaiSchlag, Gabriel Kwok, Nancy Ryan, Ren Orans, and Rod Frowd
Solar, Solar Everywhere Opportunities and Challenges for AustraliasRooftop PV SystemsBruce Mountain and Paul Szuster
Its All About Grids The Importance of Transmission Pricing and InvestmentCoordination in Integrating RenewablesGoran Strbac, Christos Vasilakos Konstantinidis, Rodrigo Moreno, IoannisKonstantelos, and Dimitrios Papadaskalopoulos
Distribution Pricing Are We Ready for the Smart Grid?Furong Li, Jose Wanderley Marangon-Lima, Hugh Rudnick, Luana MedeirosMarangon-Lima, Narayana Prasad Padhy, Gert Brunekreeft, Javier Reneses, and Chongqing Kang
Experiencias internacionales
IEEE Power & Energy Magazine, Vol. 13, N4, July/August 2015
Penetracincrecienterenovables
Redesinteligentes
flexibilizan lossistemas
Desarrollo detecnologas de
almacenamiento
Oportunidades de respuesta de
demandaCompetencia derecursos
distribuidos
InteraccionesGas-Electricidad
Nuevos enfoquesregulatorios y
polticas
Grandes centralesms eficientes
& menos emisiones
Prosumidor elige econmicamenteentre abastecimiento de la red,
autoabastecimiento, o mixto
Desafos futuros del sector elctrico
4
5Amenaza dedestruccin delmodelo denegociostradicional delaempresa elctrica
Desafo deadaptar elmodelo denegocios ylasestructuras delos mercados mayoristas
Necesidad nuevosfinanciamiento
renovables
Riesgoingresos centrales
generadorastradicionales
Renovables bajancostos marginales(sin combustibles)
Nuevosproductos y
precios
Menornecesidad transporte
por alambresde empresas
Subsidios, crditos impuestos,
in-feed tariffs
Desafos futuros del sector elctrico
6Desafos futuros del sector elctrico- renovables
Acciones comprometidas parafrenar elcambio climticoAdopcin masiva yglobaldegeneracin renovable
LaDirectiva deRenovables delaUninEuropea compromete quealmenos un20%delaenerga consumida provenga defuentes renovables al2020.
Al2030,Alemania planea generar 50%desu energa elctrica defuentes renovables,incluyendo hidroelecricidad.
Gobernador deCaliforniaGovernorJerryBrowndefineobjetivo de50%deelectricidad desde
renovables al2030parareducir gasesefecto invernadero
7Solar Hidrulica
Geotrmica Elica
Biomasa Mareomotriz
La energa sustentable (o renovable o sostenible) es aquella que se puede obtener de fuentes naturales prcticamente ilimitadas como el sol, el aire, la lluvia y el agua.
El desarrollo sustentable permite satisfacer las necesidades actuales sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras.
Energas sustentables - renovables
8Creciente aporte de energas renovables ERNC- Chile
9HOJA DE RUTA
Al menos 70% de energas renovables en la matriz elctrica al 2050
23%
19%
29%
Creciente aporte de energas renovables visin 2050- Chile
10
California Renewable Energy Mix, CPUC Renewable Portfolio Standard 2014Q3 Report
Creciente aporte de energas renovables -California
11
Creciente aporte de energas renovables -matrices
12
Importante aporte energas renovables en Amrica Latina
Capacidad y generacin por tecnologa, 1990-2012
Matrices generacin en Amrica Latina al 2012 (Luiz Barroso, IRENA, 2015)
13
Desafos futuros del sector elctrico- solar/elica
Adopcin globaldeenerga elica ysolar
Requiriendo significativas expansiones detransmisin ejemplos Reino Unido,Texas,Brasil
Ventajas:sincostoCombustible.
Tanto tamao empresacomo distribuido (solar)
Dramatica reduccindeinversin por kW(tasa aprendizaje)
Futuroscostos comparables a
tecnologasconvencionales
Aunque hoyrequiriendo subsidiosocuotas ocrditos
Crean significantesdesafos
operacionales
Generacindistribuida
alterando modelosdenegocios
Caracterizacin de costos inversin ERNC medio
En lnea punteada tecnologas con limitacin de potencial de expansin. En lnea gruesa tecnologas convencionales. Con marcador, tecnologas renovables
CostoMedioporTecnologa.EscenariodecostosERNCMedio,sinconsiderarpagoporPotenciadeSuficiencia.Valores[US$/MWh]
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
130.0
140.0
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031
Diesel
CAGNL
CCGNL
CSP
Carbn
Fotovoltaico1A
Elico
Hidrulico
Biomasa
Geotermia
HidroAysen
www.minenergia.cl
Mesa ERNC Energa 2050, Chile
Reducciones dramticas de costos -solar/elica
14
Mesa ERNC Energa 2050, Chile
CA GNL
CSP
CC GNL
Carbn
Geotermia
Hidrulico
FVElico
Biomasa
Hidroaysn
Reducciones dramticas de costos -solar/elica
15
16
Incertidumbre deabastecimiento
2Produccin
en pocas ylimitadashoras
3Variabilidad:necesidad de
respaldo
1
Desafos de la integracin renovable solar/elica
Desafos por salida intempestiva de generacin, regulacin de frecuencia, reserva en giro, respaldo de energas de base, mayores costos
Otros desafos tcnicos elctricos: regulacin de tensin, balances de reactivos, respuesta a contingencias, estabilidad, confiabilidad
17
Intermitencia-variablidad
Escalasdetiempodelosciclosnaturalesdelasenergasrenovables
DcadasAnualEstacionalDasHorasMinutos
Solar
Elica
Mareomotriz
Hidralica
Biomasa
Geotrmica
18
Relacin entre la energa generada en un periodo y la mxima energa generable en dicho periodo
8760... InstCap
EnergiaplantaF
17,2%
34,7%
28,6%31,8%
36,0%
30,5%
44,8%
15,0%19,4%
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%45%50%
C
a
p
a
c
i
t
y
F
a
c
t
o
r
[
%
]
Factor de planta para localidades elicas Chile Costa
Fuente: David Watts, PUC
Bajos factores de planta
19
Energas solar y elica no despachable-California
Carga, carga neta, generacin solar y elica (das ejemplo 2014)
20
Punta de invierno en el National Grid y necesidad de respaldo el 11 de Diciembre de 2012
Energa elica no despachable Reino Unido
21
Desafos en California 2020 demanda neta sereduceen varios milesdeMWdurante lashorasde
produccin solar Significativa rampa desubida dedemanda entrelas17y20hrs:lacurva pato
Incertidumbre deabastecimiento
2Produccin
en pocas ylimitadashoras
3Variabilidad:necesidad de
respaldo
1
Desafos de la integracin renovable
22
Desafos de la integracin renovable-curva pato
23
Desafos de la integracin renovable-curva pato
Limited Ramping Capability
Unserved Energy
Limited Ramping Capability
Renewable Curtailment
Strategy to Minimize Downward Violations Strategy to Minimize Upward Violations
Botar carga: Valor econmico de carga no servida entre US$5.000 y $50.000/MWh
Botar generacin renovable: Debe reemplazarse por otra renovable para cumplircon objetivo. Valor de US$50-$250/MWh, dependiendo de reemplazo.
24
Balance econmico en uso de renovables-Chile
7,000
7,500
8,000
8,500
9,000
9,500
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%ParticipacinElicaFotovoltaica[%]
CostoAnualNominaldeInversinyOperacinao2029[MMUS]
DespachohorarioconRestriccionesParam.Nacionales(1)
DespachohorarioconRestriccionesParam.Internacionales(2)
DespachohorariosinRestricciones
Incrementar renovables mientras no surjancostos adicionales significativos
Ao Renovable ERNC ERNCvar(EF)2020 5457 1719 12122025 4962 1830 10242030 5671 2149 1130
ParticipacinenmatrizdeGeneracin[%]
25
Tecnologas para integracin renovable
Portfolio diverso de renovables
1
Almacenamientode energa
2
Respuestaavanzada de
demanda
3
Coordinacinnacional e
internacional
4
Flexibilidad,flexibilidad,flexibilidad
Generacin de un parque, un grupo de parques y total nacional
0
10
20
30
0
500
1000
1500
P
o
w
e
r
(
M
W
)
0 100 200 300 400 500 600 7000
500
1000
1500
Hours
Total
Region
Wind Farm
1 2 3 4 5 6 7One Week
Days
Factor de planta para el pas cercano a un 30% (entre un 27% y un 29%).Fuente: David Watts
Portfolios de energas renovables - Chile
26
Complementariedad de generacin elica-Europa
27
http://euanmearns.com/wind-blowing-nowhere/
28
Complementariedad de generacin elica-Europa
http://euanmearns.com/wind-blowing-nowhere/
Alternativas tecnologas almacenamiento elctrico
29
http://www.sciencemag.org/
140.000 MW
440 MW
304 MW
100 MW70 MW
27 MW
25 MW
Junio 2015
30
https://ilsr.org/report-renewable-hawaii/
Reduccin costos almacenamiento elctrico
Costo fotovoltaico domiciliario y costo bateras litio
Costo bateras entre 300 y 400 US$/kWh
31
Almacenamiento hidroelctrico
http://www.panoramio.com/photo/19075773
Lago Laja alimenta Central El Toro
32
HOJA DE RUTA
Al menos 70% de energas renovables en la matriz elctrica al 2050
23%
19%
29%
Balance energas renovables visin 2050- Chile
33
Central de bombeo de 300 MW en el norte de Chile - Valhalla
Almacenamiento hidroelctrico va bombeo
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Respuesta de la demanda
Adopcin crecienteherramientas
respuesta demanda
Respuesta aprecios
Impacta costosmarginales
Dificultaprocesos
expansin redes
Beneficios a consumidores,
mercado,seguridad
Respuesta avariacin degeneracin
Necesidad deseales deprecios horarios aconsumidores (realtimepricing,criticalpeakpricingytimeofusetariffs)yesquemas derespuesta aincentivos
Necesidad desofisticadas tecnologas decomunicacin en telemetra ycontrolremoto (medidores inteligentes)
Importantes inversiones
35
Respuesta de la demanda
U. S. Department of Energy
36
Necesidades transmisin elctrica con holguras
Escenario mayor participacin ERNC al ao 2035Alta congestin en la interconexin SIC-SING en escenarios de alta participacin ERNC variable
Mesa ERNC Energa 2050, Chile
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Necesidades transmisin elctrica con tecnologa
Transmisin flexibleEsquemas FACTSAutomatizacinPhasor measurement
Control lneasControl flujosDeteccin fallasInternet/redes
38
Gran potencial complementariedad internacional
Matrices generacin en Amrica Latina al 2012 (Luiz Barroso, IRENA, 2015)
39
Flexibilidad frente a variabilidad
Hidros ERNCConsumidores
Capturan mayoresprecios de energacuando generacinERNC es ms baja; aumenta valor de inversiones
Existencia de generacin flexible apoya desarrollo de ERNC. Menorescostos de compensar la variablidadresultan en menores aumentos de costos de corto plazo, por lo que reducen riesgos de compras en el spot para ERNC
Menor volatilidad de precios de cortoplazoMayor seguridad de suministro
Flexibilidad hidroelctrica balancea variabilidad de corto plazo de ERNCs Plantas hidroelctricas con embalses son flexibles y los costos de responder a
variaciones de corto plazo son menores que otras tecnologas flexibles de generacin (ciclos combinados a gas, diesel)
Que beneficios implica?
Complementariedad hidroelctrica y renovables (Luiz Barroso, IRENA, 2015)
40
Otros beneficios asociados a hidroelectricidd
Complementariedad hidroelctrica y renovables (Luiz Barroso, IRENA, 2015)
Diversificacin de cartera de plantas no despachables de energa renovable, incluidas centrales hidroelctricas de pasada, es menos voltil en el corto plazo que el de cada una las plantas individuales
Aprovechar complementariedades climticas, tanto estacionales como los relacionadas con la ocurrencia de El Nio, entre hidroelctricas y ERNCs
Oportunidad de balancear grandes retrasos de construccin de plantas hidroelctricas 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 seales de precios (incluyendo la contratacin de servicios auxiliares)
Necesidad de un enfoque sistemtico para el diseo de polticas pblicas (y acuerdos internacionales) para explorar las complementariedades
Penetracincrecienterenovables
Redesinteligentes
flexibilizan lossistemas
Desarrollo detecnologas de
almacenamiento
Oportunidades de respuesta de
demandaCompetencia derecursos
distribuidos
Prosumidor elige econmicamenteentre abastecimiento de la red,
autoabastecimiento, o mixto
Desafos tecnolgicos futuros del sector elctrico
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Otros desafos tecnolgicos
SeaGen Verdant PowerLunar EnergyOpenHydro
Ocean Water Column
Wave Dragon
Pelamis
PowerBuoy
Oleaje
Corrientes de Marea
Energa del mar
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Otros desafos tecnolgicos
Energa de corrientes del mar
Proyecto FONDEF Evaluacin de potencial de energa de las corrientes de marea en el Canal del Chacao(Prof. Rodrigo Cienfuegos,PUC)
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Desafos aceptacin social
No a Chilo (elica, 112 MW)Julio 2011
No al Tatio (geotrmica, 40 MW)Julio 2010
No a Curacautn (minihidro, 3 MW) Junio 2015
No a Pichidegua(biomasa, 35 MW)
Octubre 2010
Desafos tecnolgicos de las energas sustentables
11 de noviembre de 2015
Hugh Rudnick Van De Wyngard
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
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