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

34

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

37

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

41

42

Otros desafos tecnolgicos

SeaGen Verdant PowerLunar EnergyOpenHydro

Ocean Water Column

Wave Dragon

Pelamis

PowerBuoy

Oleaje

Corrientes de Marea

Energa del mar

43

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)

44

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