Matriz Energética y Fuentes Alternativas en el Sector Eléctrico

Sindicato de Ingenieros y Profesionales del ICE, RACSA, CNFL y Proyectos

XXVII Seminario Anual

Javier Orozco Canossa5 diciembre 2014

GENERACION ELECTRICA EN COSTA RICA

Hidro66%

Geot7%

Eólic5%

Biom2%

Solar0.04%

Térm20%

Capacidad Instalada 2013

2689 MW

Hidro67%

Geot15%

Eólic5%

Biom1%

Solar0%

Térm12%

Generación 2013

10 136 GWh

0%

20%

40%

60%

80%

100%

19

82

19

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19

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00

20

02

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20

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20

10

20

12

Generación Histórica por Fuente

Hidro Geot Eólic Biom Térm

Matriz energética: con qué hemos generado?

GENERACION ELECTRICA EN COSTA RICA

World Energy Trilemma 2014

Matriz energética: con qué hemos generado?

Informe Estado de la Nación 2014

PROYECCIONES DE DEMANDA

• El crecimiento futuro de la demanda se estima con proyecciones econométricas

• El corto plazo no determina el comportamiento a largo plazo

Proyecciones econométricas

Escenario Bajo: 3.2%

Escenario Medio: 4.3%Escenario Alto: 5.2% -

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

2000 2005 2010 2015 2020

GW

h

Año

Demanda por sectores

Resid

General

Indust

Alumb

8 000

10 000

12 000

14 000

16 000

18 000

20 000

22 000

24 000

26 000

28 000

2010 2015 2020 2025 2030 2035

GW

h

Demanda de energía

Alto

Bajo

Base

Real

POLITICA NACIONAL E INSTITUCIONAL

• Protección del ambiente y desarrollo sostenible

• Carbono neutralidad

CONSIDERACION AMBIENTAL

• Independencia del petróleo y de fuentes importadas

• Diversificación de fuentes

• Participación en Mercado Regional

• Costo de la energía

CONSIDERACION ENERGETICA

COMO ATENDER EL FUTURO?

DERIVACION DE LA POLITICA

• El uso del carbón es el menos deseable

• La adición y operación de plantas térmicas, usando combustibles fósiles, debe ser evitada

• Privilegiar las fuentes renovables

• Diversificar las fuentes

• Desarrollar nuevas fuentes

CARACTERISTICAS DE LOS RECURSOS FOSILES

AMBIENTALMENTE DAÑINOSMayor contaminación, usan recursos fósiles que se agotan rápidamente

DEBEN SER IMPORTADOSDependencia de la seguridad energética nacional

BAJA INVERSIONAunque los costos operativos son altos, la inversión de capital es baja

DISPONIBILIDADEnergía se almacena fácilmente y está disponible cuando se necesita Necesarios para

complementar a bajo costo las fuentes renovables

CARACTERISTICAS DE LOS RECURSOS RENOVABLES

AMBIENTALMENTE AMIGABLESMenor contaminación y menor impacto en ellargo plazo

AUTOCTONOSSon recursos disponibles en el país

Aunque los costos operativos son bajos onulos, la inversión de capital es alta

VARIABILIDADSufren variaciones estacionales e intermitencia

Requierendiversificación ycomplementosALTA INVERSION

SOLAR FOTOVOLTAICA

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

Fact

or

de

pla

nta

Producción solar promedio mensual

Sitio PT Garabito1 Sitio PT Garabito2 Sitio PT San Antonio

Sitio Liberia Promedio

• Produce más energía en el verano

• Excelente combinación con fuentes hidro

SOLAR FOTOVOLTAICA

0%

10%

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5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

%P

ot

inst

hora

Potencia @minuto (2 abr 2013)

0%

10%

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60%

70%

80%

90%

100%

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

%P

ot

inst

hora

Potencia @minuto (6 abr 2013)

• No tiene inercia. Sufre fluctuaciones instantáneas problema de control

• No es controlable o regulable. Producción depende exclusivamente de la

radiación inflexible

• La potencia es cero durante la hora pico del sistema ocupa respaldo

• La intermitencia plantea retos para las redes problema eléctrico

• Todavía necesita subvenciones económicas

Día con cielos limpios Día con cielos nublados

EOLICA

0%

20%

40%

60%

80%

100%

ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

Fact

or

de

Pla

nta

Producción eólica mensual

• Hay más viento en el verano

• Excelente combinación con fuentes hidro

EOLICA

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 5 10 15 20 25 30

día del mes

Variaciones de potencia abril 2010

@15min diario

0%

10%

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80%

90%

100%

1-m

ar

8-m

ar

15

-mar

22

-mar

29

-mar

5-a

br

12

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r

19

-ab

r

26

-ab

r

fact

or

de

pla

nta

Generación diaria mar-abr 2010

Movasa

Pesa

Aero

Tejona

Guanacaste

Amayo

• Sufre fluctuaciones impredecibles de corto plazo y es difícil pronosticar su

aporte con 24 horas de anticipación incertidumbre

• No se puede regular o controlar la producción instantánea. Depende

exclusivamente del viento inflexible

• Aun en los meses de más viento, se producen eventos de cero generación

en TODAS las plantas eólicas del país cero potencia garantizada

0%

20%

40%

60%

80%

100%

ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

fp

Factor Planta Ingenios

BIOMASA CON BAGAZO

• La producción depende de la calidad de la cosecha

• Produce en verano. Excelente combinación con fuentes hidro

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

27-mar 1-abr 6-abr 11-abr 16-abr 21-abr 26-abr 1-may 6-may

MW

Generación Geotérmica abril 2013

GEOTERMICA

• La energía geotérmica aprovecha el calor del interior de la Tierra

• Su producción es constante y no depende del clima

HIDRO CON REGULACION ESTACIONAL

• El hidro con regulación da la máxima flexibilidad para la operación del

sistema

• Se necesitan hidros con grandes embalses que guarden agua del invierno y

la usen en el verano

Operación Histórica del Embalse Arenal

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC

Ca

ud

al tu

rbin

ad

o, m

3/s

0

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200

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400

500

600

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800

900

1000

ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

GW

h

Hidraulicidad 1965-2011(todas las plantas simuladas como filo de agua, instalación dic 2012)

Promedio

Probabilidad de excedencia 95%

HIDRO FILO DE AGUA

• El hidro sin regulación baja su producción en la época seca

0

10

20

30

40

50

60

70

80

6-abr 8-abr 10-abr 12-abr 14-abr 16-abr

MW

Cariblanco semana 2 abril 2013

Horario Diarios

0

10

20

30

40

50

60

70

80

30-sep 1-oct 2-oct 3-oct 4-oct 5-oct 6-oct 7-oct 8-oct 9-oct

MW

Cariblanco semana 1 octubre 2013

Horario Diario

HIDRO FILO DE AGUA

• El caudal de las siguientes 24 horas se puede predecir con suficiente

precisión poca incertidumbre a corto plazo

• Un pequeño embalse permite disponer del agua diaria según las

necesidades del sistema flexibilidad de operación

El embalse diario permite guardar agua de

la noche y usarla en la punta

Potencia despachada por el operador según las

necesidades del sistema

Potencia que entregaría la planta si no tuviera embalse

Operación en una semana de verano con poca agua

Operación en una semana de invierno con abundante agua

Participación Estacional de las Fuentes Energéticas

ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

Geotermia

Eólica

Filo de agua

Embalses

ExcedentesComplemento

Térmico Demanda

INTEGRACION DE LAS FUENTES DE ENERGIA

Patrón estacional

0

200

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1 000

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1 600

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

MW

Hora del día

Curva de carga de un día seco(martes 17 mayo 2011)

Térmico

ArCoSa

Hidro

Eól+Biom

Geot 0

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600

800

1 000

1 200

1 400

1 600

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

MW

Hora del día

Curva de carga de un día lluvioso(lunes 3 de octubre 2011)

Térmico

ArCoSa

Hidro

Eól+Biom

Geot

INTEGRACION DE LAS FUENTES DE ENERGIA

Patrón diario

NECESIDAD DE COMPLEMENTOS ESTACIONALES

• La variabilidad climática y la intermitencia de las fuentes renovables obliga a tener un complemento

• El complemento debe ser capaz de generar cuando el sistema lo requiere, independientemente de las condiciones climáticas

• La viabilidad de un sistema basado en renovables depende de estos complementos

ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

Embalses hidroeléctricos

Combustibles fósiles

(energía potencial) (energía química)

EMBALSES

• Los desarrollos que tienen embalses son más costosos que las plantas a filo de agua

• No se pueden comparar con solo el costo por kWh producido

• Recurso muy escaso y controversial:• Reventazón• Pacuare• Savegre• Diquís

• Diquís es el recurso remanente más importante del país

OTRAS NECESIDADES NUEVAS

• Tradicionalmente se usan fuentes estables y de buen comportamiento (térmico, geotérmico e hidro)

• La incorporación significativa de fuentes no convencionales introduce nuevas necesidades

• Viento, solar y esquemas de generación distribuida demandan servicios de mitigación y control adicionales

• Ajustes en los tres sistemas: generación, transmisión y distribución

ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

Embalses Baterías Volantes Térmicas

REDES INTELIGENTES(SMART GRID)

Medición Control Manejo Optimización

NECESIDADES NUEVAS

Pocos generadores grandes controlados por el Operador, aportan inercia y servicios complementarios

El sentido del flujo de energía siempre es hacia abajo en la cadena de suministro

Muchos generadores pequeños no controlados por el Operador. No aportan inercia ni todos los servicios complementarios

Además de cargas hay pequeños generadores no controlados embebidos en las redes de distribución. El sentido del flujo de energía es en ambos sentidos

GGG

C C C C C C C C C C C C C C C C

G

G C C C C C C C G C C C C G C G

GGG G

SISTEMAS EN EL PASADO

SISTEMAS EN EL FUTURO

Se le ha llamado el “combustible de transición” entre el ocaso del petróleo y el amanecer de las fuentes renovables, porque:

• Es el más limpio de los combustibles fósiles

• Recientes avances en las técnicas de extracción aumentaron significativamente las reservas explotables y bajaron los precios en Estados Unidos

GAS NATURAL

La utilización del gas natural licuado (GNL) es una opción que se desarrollaría si no es posible aprovechar los recursos renovables del país

AmbienteSustentabilidad

Seguridad energética

DiversificaciónMercado Regional

Costo

Calidad del servicio

Continuidad del servicio

Disponibilidad

Requisitos técnicos

Resiliencia

La composición de la matriz debe

satisfacer todos los criterios a la vez

MATRIZ ENERGETICA EN EL FUTURO

• La composición óptima de la matriz energética depende del peso relativo que la sociedad asigne cada uno de los criterios que considere deseables

GRACIAS POR SU ATENCION