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DESPACHO ECONMICO-AMBIENTAL DE LA OFERTA DE GENERACIN DEENERGA ELCTRICA EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES

Dawidowski, L.E.1, Gmez, D.R.1,Bajano, H.1,Anbinder, G.D.2, Rey, F.C.2

Comisin Nacional de Energa Atmica, Av.del Libertador 8250, (1429) Buenos Aires.

1Unidad de Actividad Qumica, Centro Atmico Constituyentes

Contacto: dawidows@cnea.gov.ar

2Unidad de Actividad Reactores y Centrales Nucleares, Centro Atmico Constituyentes

RESUMEN

Se propone un prototipo de un sistema integrado que agrega restriccionesambientales al sistema que actualmente maneja el despacho puramente econmico degeneracin elctrica en la Argentina. El motivo de este trabajo es la recienteincorporacin de tres nuevas mquinas a la capacidad ya instalada en el readensamente poblada de la regin metropolitana de la Ciudad de Buenos Aires. Lamodificacin aqu propuesta utiliza el pronstico meteorolgico y modelos dedispersin de contaminantes en atmsfera para evaluar concentraciones ambientales dexidos de nitrgeno causadas por el funcionamiento conjunto de las centralestermoelctricas localizadas en el rea. Aunque el prototipo est enfocado al tratamientode los xidos de nitrgeno por ser el contaminante mayoritario dado el patrn deconsumo de combustibles en la Argentina, su estructura es lo suficientemente generalcomo para tener en cuenta otros contaminantes, como el dixido de azufre y el materialparticulado.

INTRODUCCIN

Alrededor del cincuenta por ciento de la generacin elctrica en la Argentina serealiza en base al consumo de combustibles fsiles. El gas natural es el ms utilizadopor su bajo costo y disponibilidad, mientras que el consumo de fuel oil representa un10% y el de carbn menos del 5% del total de combustibles utilizados. Loscombustibles lquidos se queman mayormente durante el perodo invernal cuando tiene

prioridad la demanda de gas natural por parte del sector residencial e industrial.

Existen actualmente tres centrales termoelctricas activas dentro del reametropolitana de Buenos Aires, dos de las cuales producen anualmente alrededor del14% de la energa elctrica total generada en la Argentina. Durante el presente ao esascentrales han incrementado su capacidad en 2290 MW mediante la instalacin de tresnuevos ciclos combinados de 670MW, 790MW y 830 MW respectivamente. Lasmquinas son de ltima generacin y presentan menores factores de emisin que lospreviamente instalados. A pesar de esta condicin favorable, el despacho combinado de

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las nuevas y las viejas mquinas puede plantear condiciones severas para la calidad deaire de la ciudad de Buenos Aires.

Ha sido recientemente reconocido que la contaminacin atmosfrica as como elimpacto que sta produce en la salud de la poblacin,1 constituyen un problemaextendido sobre el rea metropolitana de Buenos Aires. Si bien las emisiones

provenientes del trnsito son las ms significativas, especialmente a lo largo de lascalles estrechas y en las principales arterias, las emisiones de las centrales trmicasdeben ser tambin tenidas en cuenta por dos razones: 1) la naturaleza altamentelocalizada de su mximo impacto y 2) su contribucin a la contaminacin de fondo.

ANTECEDENTES

A continuacin se presenta una breve descripcin de la estructura del sistema degeneracin elctrico de la Argentina, poniendo nfasis en el proceso que actualmente seutiliza para programar el despacho econmico diario.

1. El Sistema Electrnico de la Argentina

El gobierno argentino puso en marcha en 1990 un programa econmico queincluy, adems de otros temas, la desregulacin del mercado elctrico. El sistema detransporte y la distribucin de electricidad fueron transferidos a concesionarios y sonconsiderados servicios pblicos, mientras que las centrales de generacin fueronprivatizadas.

El sector de generacin evidenci una intensa actividad desde 1992,incorporando nuevos operadores y nuevas centrales trmicas. Durante los primeros tresaos despus de la reforma, casi 3400 MW de potencia fueron instalados,correspondiendo el 61% de esa capacidad a plantas hidroelctricas que fueronconstruidas con fondos pblicos antes de 1990. El nuevo sector de generacin privadoelige invertir exclusivamente en la instalacin de sistemas a turbinas de gas y cicloscombinados. Este proceso se traduce en una mayor dependencia del sector elctrico delprecio y disponibilidad del gas natural.

2. Sistema de Despacho

El despacho de carga es llevado a cabo por la Cmara Argentina del MercadoElctrico Mayorista (CAMMESA), que es una organizacin privada sin fines de lucro, yes la encargada de organizar el suministro para satisfacer la demanda a un costo mnimocompatible con el volumen y la calidad de la energa disponible. El despacho considerala variacin de la demanda a fin de seleccionar la entrada y salida horaria de losdiferentes generadores, basndose en un orden de prioridad que tiene en cuenta el costomarginal de generacin y los factores de nodo. El ranking del costo marginal estbasado en los precios de los combustibles declarados por los generadores trmicos queabarcan desde 3,94$/MWh correspondiente al reactor de la central nuclear de Embalsehasta 17,5$/MWh para la central trmica menos eficiente.

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ESCENARIOS

En esta seccin se presentan las bases para la evaluacin del impacto de lageneracin elctrica en la calidad de aire del rea metropolitana de Buenos Aires,considerando la situacin actual

1- Expansin Futura del Sector de Generacin ElctricaPara satisfacer el continuo aumento en la demanda de potencia, el sector de

generacin debe incrementar su capacidad instalada. De todas las estrategias a seguir enel futuro es de esperar que los operadores privados opten por tecnologas de bajo costo,concentrando sus inversiones en la instalacin de ciclos combinados que utilizanpreferentemente gas natural. 2,3 y 4 Esta expansin, basada en plantas trmicas, producirun incremento en la utilizacin de combustibles fsiles.

Argentina presenta una importante restriccin en el sistema de transporte de gasnatural que durante el invierno se encuentra saturado. Sin embargo fueron firmados

contratos de exportacin de gas natural y electricidad a pases vecinos, sin planear unamejora en la capacidad de transporte en el mediano plazo. Consecuentemente se esperaun aumento en el nivel de utilizacin de combustibles lquidos, de acuerdo con lademanda de electricidad y gas natural de los mercados locales y regionales.

Utilizando un modelo de planeamiento de expansin del sistema elctrico,5 serealiz un anlisis prospectivo para diez aos suponiendo un escenario de exportacionesde 3000 MW, un incremento de la demanda del 5,3% anual y una reduccin de lareserva marginal del 50 al 34% al ao 2010. Sin incluir restricciones al sistema detransporte del gas natural, se obtuvo como resultado la necesidad de la incorporacin dealrededor de 14.000 MW al final de dicho perodo. Teniendo en cuenta estos valores yconsiderando adems que las principales lneas de transmisin se encuentran cerca delmximo de su capacidad de utilizacin, se presenta un panorama que pone de manifiestola atraccin que representa la instalacin de nuevas plantas cerca del centro de mayordemanda, que es la Ciudad de Buenos Aires.

2. Contribucin de las Centrales Termoelctricas a los Niveles de NOxen la Ciudad deBuenos Aires

El Ente Nacional Regulador de la Electricidad requiere a los generadores deelectricidad la presentacin de estudios de evaluacin de impacto ambiental para lasnuevas instalaciones o las ampliaciones de las centrales existentes. Esos estudios debenincluir clculos de concentraciones mximas de contaminantes utilizando modelos dedispersin. En los estudios correspondientes a la adicin de los nuevos cicloscombinados en la ciudad de Buenos Aires, se aprecia que las mximas concentracionesobtenidas resultaron muy cercanas a los mximos valores definidos por la legislacinvigente. Sin embargo esos valores fueron obtenidos utilizando el modelo ISC3desarrollado la Agencia de Proteccin Ambiental de los Estados Unidos para usoregulatorio,6modificado con parmetros de dispersin no regulatorios. Aqu se explorasi existe alguna combinacin de despacho, consumo de combustibles y condicionesmeteorolgicas que impliquen una condicin crtica en los niveles de xidos de

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nitrgeno en el aire ambiente, utilizando el mismo modelo pero considerando losparmetros de dispersin regulados para situaciones urbanas.

Se consideraron tres escenarios: 1) el despacho horario real bajo condicionesinvernales, correspondiente al mes de junio de 1998; 2) la operacin conjunta de todaslas mquinas al 100% de su capacidad, quemando gas natural; 3) la misma situacin queen 2), pero con combustibles lquidos. Los resultados para un da crtico, caracterizado

por un consumo de 100% de combustibles lquidos y un despacho conformado por el50% de la capacidad instalada, mostr que la mxima contribucin horaria de una de lasplantas llega a 212 g m-3mientras que la mxima contribucin de otra de las plantas enoperacin corresponde a 120 g m-3. Para el segundo escenario las concentracionesmximas llegaron a 650 g m-3, mientras que para el tercero llegaron a 900 g m-3. Elnivel mximo admitido por la Ciudad de Buenos Aires es de 400 g m-3 para unpromedio de 20 minutos. A estos valores hay que sumarle la concentracin propiaproveniente del intenso trnsito que caracteriza los sitios de impacto dentro de la Ciudadde Buenos Aires.

SISTEMA PROTOTIPO

El prototipo es un programa de computacin basado en una aproximacin delalgoritmo que actualmente utiliza CAMMESA, y usa modelos de dispersin paraevaluar concentraciones ambientales de xidos de nitrgeno causada por la operacincombinada de las tres centrales trmicas. En su forma final, el sistema podr tomardatos del Servicio Meteorolgico Nacional y de CAMMESA, as como valores deconcentracin en el punto de emisin de los equipos de monitoreo continuo yainstalados en las centrales trmicas (Fig. 1).

Punto de partida

La suposicin inicial para el algoritmo es la previsin original para dada por eldespacho econmico, cuyo algoritmo puede ser representado en la forma del siguienteprograma mixto entero lineal:

dcmin Tdi

(1)

sujeto a las condiciones:Ldw ; 0w ; =ewT ; qDw (2)

donde n es el nmero de mquinas candidatas a ser despachadas; d, es un n-vector entero (dj= 1 si la mquina j es despachada, y 0 si no lo es); ces un n-vector realde costos marginales (cjes el costo marginal declarado para la mquina j); w es un n-vector real que contiene las cargas despachadas; L es una Rnxn matriz diagonal que

contiene las mximas cargas de cada mquina, es un escalar que indica la demanda, ye un n-vector unitario. La ltima condicin indica las restricciones fsicas tales comoprecio del gas, factor de nodo, etc.

Control del cumplimiento de normas ambientalesSea wkel subconjunto del vector wque contiene las cargas de todas las mquinas

trmicas despachadas en la ciudad de Buenos Aires. Mediante la corrida de un modelode dispersin se obtiene para cada mquina j despachada con una carga wj

k la

concentracin ambientales de NOx, cjk, causada por la emisin de la misma.. Para cada

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punto receptor, se controla el cumplimiento de las normas ambientales por medio de laecuacin:

legisladaMximaAiresBuenosensdespachadamquinaslasTodas

kj cc + (3)

donde indica la concentracin de fondo y es un factor de tolerancia (

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4- SE (1997). Prospectiva del Sector Elctrico, 1997. Secretara de Energa. Ministeriode Economa, O. y S.P. Repblica, http://www.mecon.ar, Buenos Aires.

5- IAEA, Wein Automatic System Planning (WASP), A computer Code for PowerGenerating System Expansio Planning, Versin WASP-III Plus, Manual delUsuario, Viena, Austria (1995)

6- EPA (1995). Users guide for the Industrial Source Complex (ISC3) dispersion

models. EPA-454/B-95-003b. U.S. Environmental Protection Agency, ResearchTriangle Park, North Carolina.

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FIGURAS

Figura 1: Sistema integrado de despacho del sistema de generacin elctrica de laArgentina, incluyendo restricciones ambientales.

GENERACINGENERACINTRANSPORTETRANSPORTEDISTRIBUCIN YDISTRIBUCIN Y

GRANDESGRANDESUSUARIOSUSUARIOS

TrmicaTrmica HydroHydroAutogeneradoresAutogeneradores

Demanda cadamedia hora

Oferta dePotencia yEnerga

Restricciones

Intercambios depotencia

Remanentes deenerga

Modificacinde las

condiciones

LunesMartes

MircolesJuevesViernes

(IncluyendoSbado yDomingo)

REPORTES

Base deBase de

datosdatosdiariadiaria

Redespacho basadoen el programa semanal

Modelo de despachohidrotrmico

aprobado por laSecretara de Energa

Para definir la cantidadde energa

hidroelctrica diaria

Cuotas de Gas Stock de Fuel Restricciones de uso

de combustiblealternativo

Despacho con restricciones de: Operacin Transporte Dficit de generacin

Predespacho

Precio del mercado (horario) Mquina que lo define

Precios locales (horarios)

Mquinas que lo definen

Programas de carga

Despacho dela reserva fra

Despacho de combustible:

Pronstico por tipo de mquina Precios basados en programas

semanales

Programas de restriccin y

NSE debido al transporte

debido al dficit de generacin

Control de voltaje y

despacho de

potencia reactiva

Despacho de la

capacidad reguladora

Programadiario

Distribuidores yDistribuidores ygrandes usuariosgrandes usuarios

GeneracinGeneracin

TrmicaTrmicae Hidroelctricae HidroelctricaTransporteTransporte

Consumo de

combustibles

Factores de

emisin

Pronsticometeorolgico

Emisiones

Modelo dedispersin

Despachoambientalmente

sustentable ?