Visión y perspectivas del futuro energético

23-24 de noviembre de 2015

Hugh Rudnick Van De Wyngard

Pontificia Universidad Católica de ChileFacultad de Ingeniería

VII Bienal Internacional Cigré 2015 Futuros desafíos para el sector eléctrico chileno

2

Take aways

Identificar desafíos:

Visión global y desafíos energéticos del WEO 2015

Desafíos futuros del sector eléctrico

Integración masiva de energías sustentables

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Señales globales de cambio en energía

4

• 2015 ha visto reducciones importantes de precios para todos los combustibles fósiles

• Petróleo y gas podrían enfrentar segundo año de caída de la inversión en producción en 2016

• Los precios del carbón siguen tocando fondo ya que la demanda se desacelera en China

• Señales de giro verde antes de la cumbre climática de París

• Promesas de decarbonización de más de 150 países representan el 90% de las emisiones relacionadas con la energía

• Adiciones de capacidad renovable en un record alto de 130 GW en 2014

Señales globales de cambio en energía

5

Demanda creciente en Asia

Para el año 2040, la demanda de energía de la India se acerca a la de los EstadosUnidos, a pesar de que la demanda per cápita sigue siendo un 40% por debajo delpromedio mundial

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Cambios crecientes en costos de tecnologías

Innovación reduce los costos de las tecnologías bajas en carbono y de eficienciaenergéticaLas ganancias en petróleo y gas se compensan con traslado a zonas más complejas

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¿Nuevo elemento de equilibrio en mercado petrolero?

Petróleo shale ha creado una mayor flexibilidad de suministro a corto plazo, pero nohay garantía que el mecanismo de ajuste en los mercados petroleros será suave

8

Importante cambio en demanda combustibles

La nueva infraestructura, una clase media en expansión y 600 millones de nuevosconsumidores significan un gran aumento en la energía necesaria para impulsar eldesarrollo de la India

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Electricidad liderando la transformación energética

Impulsadas por políticas de estímulo, las energías renovables representan la mitad de laproducción mundial adicional, superando el carbón alrededor del 2030 para convertirseen la mayor fuente de energía

10

Creciente aporte de energías renovables ERNC- Chile

11

HOJA DE RUTA

Al menos 70% de energías renovables en la matriz eléctrica al 2050

23%

19%

29%

Creciente aporte de energías renovables visión 2050- Chile

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California Renewable Energy Mix, CPUC Renewable Portfolio Standard 2014Q3 Report

Creciente aporte de energías renovables -California

Caracterización de costos inversión –ERNC medio

Costo Medio por Tecnología. Escenario de costos ERNC Medio, sin considerar pago por Potencia de Suficiencia. 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

CA GNL

CC GNL

CSP

Carbón

Fotovoltaico 1A

Eólico

Hidráulico

Biomasa

Geotermia

HidroAysen

Mesa ERNC Energía 2050, Chile

Reducciones dramáticas de costos -solar/eólica

13

En línea punteada tecnologías con limitación de potencial de expansión. En línea gruesa tecnologías convencionales. Con marcador, tecnologías renovables

Mesa ERNC Energía 2050, Chile

CA GNL

CSP

CC GNL

Carbón

Geotermia

Hidráulico

FVEólico

Biomasa

Hidroaysén

Reducciones dramáticas de costos -solar/eólica

14

15

Eficiencia ganando terreno

Junto con la eficiencia energética, los cambios estructurales en la economía Chinafavorecen la expansión de los servicios, lo que significa menos energía para generar elcrecimiento

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Políticas de eficiencia energética se introducen en más países y sectores; continúa lentocrecimiento de la demanda, pero más se puede hacer

Eficiencia ganando terreno

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Importantes compromisos ante cambio climático

Compromisos climáticos para COP21 son consistentes con delta de 2,7°C, connecesidades de inversión de $13,5 trillones en tecnologías bajas en CO2 & eficiencia al2030

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La participación de la generación de energía baja en carbono crece a casi 45% al 2030por lo que las emisiones de energía se mantienen, mientras que la demanda deelectricidad crece en más del 40%

Compromisos eléctricos desacoplan emisiones

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Surgen grandes preguntas de la energía a nivel mundial:

• ¿Podrán precios del petróleo mantenerse bajos durante más tiempo? ¿Qué haría falta para que esto suceda y que significaría para la seguridad energética y para la transición energética?

• ¿Qué significan las nuevas promesas por el cambio climático y la forma en que el mundo enfrenta su creciente necesidad de energía? ¿Qué señales fuertes se requieren de París para que los gobiernos protejan las políticas contra los vaivenes del mercado?.

• ¿Cuáles son las implicancias de las políticas de eficiencia energética y la creciente competitividad de las energías renovables?

• ¿Avanzará la revolución del gas no convencional a nivel global, o seguirá siendo un fenómeno sólo de América del Norte?

Señales globales de cambio en energía

Penetracióncrecienterenovables

Redesinteligentes

flexibilizan lossistemas

Desarrollo detecnologías de

almacenamiento

Oportunidades de respuesta de

demandaCompetencia derecursos

distribuidos

InteraccionesGas-Electricidad

Nuevos enfoquesregulatorios y

políticas

Grandes centralesmás eficientes

& menos emisiones

Prosumidor elige económicamenteentre abastecimiento de la red,

autoabastecimiento, o mixto

Desafíos futuros del sector eléctrico

20

21

Amenaza de destrucción del modelo de negociostradicional de la empresa eléctrica

Desafío de adaptar el modelo de negocios y las estructuras de los mercados mayoristas

Necesidad nuevosfinanciamiento

renovables

Riesgoingresos centrales

generadorastradicionales

Renovables bajancostos marginales(sin combustibles)

Nuevosproductos y

precios

Menornecesidad transporte

por alambresde empresas

Subsidios, créditos impuestos,

in-feed tariffs

Desafíos futuros del sector eléctrico

22

Incertidumbre de abastecimiento

2Producción

en pocas y limitadashoras

3Variabilidad: necesidad de 

respaldo

1

Desafíos de la integración renovable solar/eólica

Desafíos por salida intempestiva de generación, regulación de frecuencia, reserva en giro, respaldo de energías de base, mayores costos

Otros desafíos técnicos eléctricos: regulación de tensión, balances de reactivos, respuesta a contingencias, estabilidad, confiabilidad

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Intermitencia-variablidad

Escalas de tiempo de los ciclos naturales de las energías renovables

Décadas            Anual        Estacional          Días               Horas           Minutos

Solar

Eólica

Mareomotriz

Hidraúlica

Biomasa

Geotérmica

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Energías solar y eólica no despachable-California

Carga, carga neta, generación solar y eólica (días ejemplo 2014)

25

Punta de invierno en el National Grid y necesidad de respaldo el 11 de Diciembre de 2012

Energía eólica no despachable Reino Unido

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Desafíos en California   2020 – demanda neta se reduce en varios miles de MW durante las horas de 

producción solar  Significativa rampa de subida de demanda entre las 17 y 20 hrs: la curva pato

Incertidumbre de abastecimiento

2Producción

en pocas y limitadashoras

3Variabilidad: necesidad de 

respaldo

1

Desafíos de la integración renovable

27

Desafíos de la integración renovable-curva pato

28

Desafíos de la integración 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 económico de carga no servida entre US$5.000 y $50.000/MWh

Botar generación renovable: Debe reemplazarse por otra renovable para cumplircon objetivo. Valor de US$50-$250/MWh, dependiendo de reemplazo.

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Desafío económico integración renovables-Chile

7,000

7,500

8,000

8,500

9,000

9,500

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%Participación Eólica‐Fotovoltaica [%]

Costo Anual Nominal de Inversión y Operación año 2029 [MMUS]

Despacho horario conRestricciones Param.Nacionales (1)

Despacho horario conRestricciones Param.Internacionales (2)

Despacho horario sinRestricciones

Incrementar renovables mientras no surjancostos adicionales significativos

Año  Renovable ERNC ERNC var (EF)2020 54 ‐ 57 17 ‐19 12 ‐ 122025 49 ‐ 62 18 ‐ 30 10 ‐ 242030 56 ‐ 71 21 ‐ 49 11 ‐ 30

Participación en matriz de Generación [%]

30

Tecnologías para integración renovable

Portfolio diverso de renovables

1

Almacenamientode energía

2

Respuestaavanzada de

demanda

3

Coordinaciónnacional e

internacional

4

Flexibilidad, flexibilidad, flexibilidad…

Generación de un parque, un grupo de parques y total nacional

0

10

20

30

0

500

1000

1500

Pow

er (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 país cercano a un 30% (entre un 27% y un 29%).Fuente: David Watts

Portfolios de energías renovables - Chile

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Complementariedad de generación eólica-Europa

32

http://euanmearns.com/wind-blowing-nowhere/

33

Complementariedad de generación eólica-Europa

http://euanmearns.com/wind-blowing-nowhere/

Tecnologías almacenamiento eléctrico

34

http://www.sciencemag.org/

140.000 MW

440 MW

304 MW

100 MW70 MW

27 MW

25 MW

Junio 2015

35

https://ilsr.org/report-renewable-hawaii/

Reducción costos almacenamiento eléctrico

Costo fotovoltaico domiciliario y costo baterías litio

Costo baterías entre 300 y 400 US$/kWh

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Almacenamiento hidroeléctrico

http://www.panoramio.com/photo/19075773

Lago Laja – alimenta Central El Toro

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HOJA DE RUTA

Al menos 70% de energías renovables en la matriz eléctrica al 2050

23%

19%

29%

Balance energías renovables visión 2050- Chile

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Respuesta de la demanda

Adopción crecienteherramientas

respuesta demanda

Respuesta aprecios

Impacta costosmarginales

Dificultaprocesos

expansión redes

Beneficios a consumidores,

mercado,seguridad

Respuesta a variación de generación

Necesidad de señales de precios horarios a consumidores (real time pricing, critical‐peak pricing y time‐of‐use tariffs) y esquemas de respuesta a incentivos

Necesidad de sofisticadas tecnologías de comunicación en telemetría y control remoto (medidores inteligentes)

Importantes inversiones

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Respuesta de la demanda

U. S. Department of Energy

40

Necesidades transmisión eléctrica con holguras

Escenario mayor participación ERNC al año 2035Alta congestión en la interconexión SIC-SING en escenarios de alta participación ERNC variable

Mesa ERNC Energía 2050, Chile

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Necesidades transmisión eléctrica con tecnología

Transmisión flexibleEsquemas FACTSAutomatizaciónPhasor measurement

Control líneasControl flujosDetección fallasInternet/redes

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Gran potencial complementariedad internacional

Matrices generación en América Latina al 2012 (Luiz Barroso, IRENA, 2015)

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Flexibilidad frente a variabilidad

Hidros ERNCConsumidores

Capturan mayoresprecios de energíacuando generaciónERNC es más baja; aumenta valor de inversiones

Existencia de generación 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 hidroeléctrica balancea variabilidad de corto plazo de ERNCs Plantas hidroeléctricas con embalses son flexibles y los costos de responder a

variaciones de corto plazo son menores que otras tecnologías flexibles de generación (ciclos combinados a gas, diesel)

¿Que beneficios implica?

Complementariedad hidroeléctrica y renovables (Luiz Barroso, IRENA, 2015)

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Otros beneficios asociados a hidroelectricidd

Complementariedad hidroeléctrica y renovables (Luiz Barroso, IRENA, 2015)

• Diversificación de cartera de plantas no despachables de energía renovable, incluidas centrales hidroeléctricas de pasada, es menos volátil en el corto plazo que el de cada una las plantas individuales

• Aprovechar complementariedades climáticas, tanto estacionales como los relacionadas con la ocurrencia de El Niño, entre hidroeléctricas y ERNCs

• Oportunidad de balancear grandes retrasos de construcción de plantas hidroeléctricas 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 señales de precios (incluyendo la contratación de servicios auxiliares)

• Necesidad de un enfoque sistemático para el diseño de políticas públicas (y acuerdos internacionales) para explorar las complementariedades

Penetracióncrecienterenovables

Redesinteligentes

flexibilizan lossistemas

Desarrollo detecnologías de

almacenamiento

Oportunidades de respuesta de

demandaCompetencia derecursos

distribuidos

Prosumidor elige económicamenteentre abastecimiento de la red,

autoabastecimiento, o mixto

Desafíos tecnológicos futuros del sector eléctrico

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Desafíos aceptación social

No a Chiloé (eólica, 112 MW)Julio 2011

No a Puchuldiza (geotérmica)Octubre 2015

No a Curacautín (minihidro, 3 MW) Junio 2015

No a Pichidegua(biomasa, 35 MW)

Octubre 2010

Visión y perspectivas del futuro energético

23-24 de noviembre de 2015

Hugh Rudnick Van De Wyngard

Pontificia Universidad Católica de ChileFacultad de Ingeniería

VII Bienal Internacional Cigré 2015 Futuros desafíos para el sector eléctrico chileno