CAP. 7: LOS INSTRUMENTOS DE PLANIFICACIÓN … · cantidades que satisfazen todas las equaciones e inequaciones planteadas. - Iteración de Jacobi: solución dentro del margen definido

CAP. 7: LOS INSTRUMENTOS DE

PLANIFICACIÓN ENERGÉTICA

PRESENTACIÓN DEL MANUAL DE PLANIFICACIÓN ENERGÉTICA

Autores: R. SCHAEFFER, A. SZKLO, A. LUCENA, R. SORIA, E.

GONZÁLEZ, R. RATHMANN, M. CHÁVEZ

Programa de Planificación Energética/COPPE/UFRJ

27 Marzo, 2014

Quito, ECUADOR

Expositor: RAFAEL SORIA

Los Instrumentos de Planificación Energética

1. Introducción: Papel y clasificación de los intrumentos

2. Descripción de algunos instrumentos – Estructura y variables de entrada

– Escenarios, simulación y resultados

– Recomendaciones para el uso en la planificación energética en AL&C

3. Ejemplos de uso

4. Criterios para la selección de modelos

5. Consideraciones y limitaciones

6. Bibliografía

Índice






3. Ejemplos de uso



6. Bibliografía

Índice


• Apoyo al proceso de toma de decisiones

• Herramienta para representar organizadamente una realidad compleja

• No existe un “modelo prodigioso”.

• Trade-off: sofisticación y complejidad vs. transparencia, flexibilidad y consistencia.

• Proceso de selección:

– ¿Qué requiere? ¿Qué necesita?

– ¿Pronosticar la oferta y demanda de energía?

– ¿Energía final o servicio energético?

– ¿Largo, mediano o corto plazo? ¿Horizonte simple o múltiple?

– ¿Solo para mejorar el conocimiento?

– ¿Para probar políticas energéticas, industriales o ambientales?

– ¿Para analizar las interacciones entre energía, economía, sociedad y medio

ambiente?

– ¿Para construir escenarios del tipo “What if”?

1. Papel y clasificación de los instrumentos de

planificación energética


• Apoyo al proceso de toma de decisiones

• Herramienta para representar organizadamente una realidad compleja

• No existe un “modelo prodigioso”.

• Trade-off: sofisticación y complejidad vs. transparencia, flexibilidad y consistencia.

• Proceso de selección:

– ¿Qué requiere? ¿Qué necesita?

– ¿Pronosticar la oferta y demanda de energía?

– ¿Energía final o servicio energético?

– ¿Largo, mediano o corto plazo? ¿Horizonte simple o múltiple?

– ¿Solo para mejorar el conocimiento?

– ¿Para probar políticas energéticas, industriales o ambientales?

– ¿Para analizar las interacciones entre energía, economía, sociedad y medio

ambiente?

– ¿Para construir escenarios del tipo “What if”?

1. Papel y clasificación de los instrumentos de

planificación energética


• Ser de fácil ejecución, menos tiempo para preparación de la información de

entrada y la elaboración de los escenarios.

• Tener número limitado de variables exógenas.

• Garantizar la compatibilización interna, es decir, la coherencia de las

hipótesis técnico-económicas.

• Permitir el análisis de políticas energéticas y ambientales que afectan los

precios de los energéticos.

• Evaluar los impactos sobre el sector energético del comportamiento del

consumidor, de políticas específicas, de progreso técnico y de sustitución

tecnológica y de factores de producción.

• Lidar con la relación tiempo y espacio; y, tratar el tema de riesgo e

incertidumbre

Criterios para elegir el instrumento.

Este debe:


• Formulación de políticas públicas.

• Medición de indicadores de eficiencia productiva y de calidad de servicios

• Análisis consistente de las interacciones entre las cadenas del sector energético

y entre este sector y otros de la economía.

• Análisis de escenarios de largo plazo, a partir de simulaciones de árboles de

decisiones probables y de pruebas del tipo “What if” (“¿qué pasaría sí?).

• Capacitación del propio acto de planificación (papel didáctico de los modelos).

Usos de los modelos de planificación energética


Tipos de instrumentos

Fuente: Basado en Bajay (2004).


• Optimización – Programación linear entera mixta

– Asignación óptima de los recursos energéticos

– Sujeto a restricciones

• Simulación – Evaluaciones paramétricas y/o econométricas

– Asignación de recursos energéticos no necesariamente óptima

– Se determina comportamiento de consumidores y productores sujeto a

variación de precios, renta, progreso tecnológico, etc.

– Abordaje iterativo para determinar equilibrio de mercado

• Modelos híbridos – Asumen variables macroeconómicas exógenas como endógenas

– Incorporan alteraciones económicas y energéticas en una estructura

consistente

Técnicas usadas:


• Equilibrio general – Sector energético es modelado simultáneamente con otros sectores

económicos

– Explica comportamiento de oferta, demanda y precios en la economía

entera.

• Equilibrio parcial – Asociados apenas al sector energético, incluso solamente a

subsectores/segmentos.

– Explica comportamiento de oferta, demanda y precios en parte de una

economía

• No equilibrio – Modela solo oferta o demanda.

Equilibrio


• Herramienta sectorial – Modela apenas subsectores/segmentos del sector energía, por ejemplo,

eléctrico, refinería, etc.

– Evolución de la demanda y oferta de energía en un escenario.

– Desagregación de la demanda por nível energético, usos, sectores, factores

(socio económicos, económicos, tecnológicos) y efectos (estructura,

actividad e intensidad)

• Herramienta integrada – Modela al sector energético completo, inclusive puede vincularse con

algunos otros sectores (ej.agricultura, etc.).

– Usa herramientas top-down y bottom-up

Sectorial o integrado?


Circularidad/complementariedad de modelos sectoriales

con un modelo integrado


Circularidad/complementariedad de modelos sectoriales

con un modelo integrado

SO

LAR

EN

ER

GY

(C

SP

, P

V)

BR

AZ

ILIA

N E

NE

RG

Y S

YS

TE

M M

OD

EL

SAM

Weather data infomation

Technological parameters (solar field,

collectors, receivers, power cycle, heat storage system)

Economical data (direct and indirect capital cost, fixed and variable O&M

cost)

Financing and incentives

INPUTS

Net annual energy and energy generation

seasonality

Capacity Factor

Conversion efficiency

OUTPUTS

MESSAGE

Technical parameters (capacity factor, energy generation seasonality,

specific fuel consumption)

Economical parameters (investment cost, fixed and variable O&M cost,

fuel cost)

INPUTS FROM SOLAR (CSP, PV)

LCOE

OUTPUTS

Ideal structure of energy supply

SOLAR ENERGY INPUTS

General constraints for brazilian energy

system

Total land area, annual water usage,

others.

INPUTS FROM OTHER ENERGY CHAINS

Technical parameters

Economical parameters

Constraints (total and installable potential by

time period)

Specific constraints

ENERGY DEMAND

Fuente: Malagueta et al (2014)


• Horizonte – Corto plazo: 1 año

– Medio plazo: 5 años

– Largo plazo: más de 5 años. (2035, 2050, 2100)

• Cobertura – Proyecto puntual/ nivel local

– Estado (BR)/Provincia (EC)/Departamento (COL), Municipio

– Nacional

– Regional: AL&C

– Global

Tiempo y espacio








3. Ejemplos de uso



6. Bibliografía

Índice


1. RETSCreen

2. SAM: System Advisor Model

3. HOMER

4. WASP: Wien Automatic System Planning

5. EEPPS: Economic and Environmental Power Planning

Software

6. LEAP: Long Range Energy Alternatives Planning System

7. MESSAGE: Model for Energy Supply Strategy Alternatives

and their General Environmental Impact

8. ENPEP: Energy and Power Evaluation Program

9. SUPER OLADE

Cuáles son los modelos analizados?


Simulación, paramétrico, equilibrio parcial, bottom-up, proyecto

puntual, medio plazo.

1. RETSCreen


Simulación y optimización, paramétrico, equilibrio parcial,

bottom-up, proyecto puntual, medio plazo.

2. SAM


Simulación y optimización, paramétrico, equilibrio parcial,

bottom-up, proyecto puntual, medio plazo.

3. HOMER


Optimización, equilibrio parcial, bottom-up, subsistema

eléctrico, medio plazo. Estimación probabilística de costos.

4. WASP


Optimización intertemporal, equilibrio parcial, bottom-up,

subsistema eléctrico, medio plazo. Minimiza costos del

sistema (G,T,D, uso final, emisiones). Demanda exógena.

5. EEPPS (Battelle)


Simulación (y optimización para sector eléctrico), equilibrio

parcial (demand driven), bottom-up, modelo integrado, largo

plazo. Desagrega demanda.

6. LEAP


Modelo integrado, optimización (perfect foresight), equilibrio

parcial, demand driven, demanda exógena, bottom-up y top

down, largo plazo (2035,2050,2100), nacional, regional, global.

7. MESSAGE


7. MESSAGE Resources

coal_pp

gas_pp_ccs

cru

de_

po

st_

salt

cru

de_

sub

_sa

lt

imports

mid_oil_pp

heavy_oil_pp

nuclear_pp

wind_disp

gas_pp

gasoline_vehicles

flex_vehicles

hydrolysis

coal

nat

ura

l_ga

s

cru

de_

oil

nat

ura

l_ga

s

ligh

t_o

il_p

rod

coal

oil_extraction

Secondary

elec

tric

ity

met

han

ol

Primary

bio

mas

s

suga

rcan

e

oils

eed

s

eth

ano

l

oilseeds_prod

gas_ extraction

bio

die

sel

bag

asse

nat

ura

l_ga

s

LPG

refining_groups

char

coal

mid

_o

il_p

rod

hea

vy_

oil_

pro

d

coal_ extraction

gas_processing

exports

wind_surplus

hydro_pp

RSU_pp

th_ind

solar_th_hhss

th_hhss

other_vehicles

bagasse_pp

coal_pp_ccs

biodiesel_prod

GTL

diesel_etoh_prod

sugar_prod

eletric_vehicles

diesel_vehicles

BTL

charcoal_prod

ethanol_prod

c

ethanol_vehicles

biomass_prod

sugarcane_prod

methanol_prod

Final

pas

s_tr

ansp

suga

r

NG_vehicles

ther

mal

_h

hss

ther

mal

_in

d

mo

torf

uel

_o

ther

frei

ght_

tran

sp

Notas: NG – Natural gas; Prod – Production; BTL – Biomass to Liquids; GTL – Gas to Liquids; UTE – Thermoelectric power plant; UHE – Hydroelectric power plant; RSU – Uran solid waste; Derv – Derivados.

Fuente: Nogueira et al., 2013.


8. ENPEP - BALANCE

Modelo de simulación, econométrica, top –down, equilibrio

general, modelo integrado, programación no linear.

– Equilibrio se da al encontrar un conjunto

de precios que equilibra el mercado y las

cantidades que satisfazen todas las equaciones

e inequaciones planteadas.

- Iteración de Jacobi: solución dentro del margen

definido


9. SUPER OLADE

Modelo de optimización, bottom-up, equilibrio parcial, modelo

sectorial, programación dinámica dual estocástica, mediano y

largo plazo.

- Evaluación de la expansión de la

generación y transmisión eléctrica. - Política operativa óptima en función de

modelos estocásticos de caudales. Operación óptima sistemas hidrotérmicos.

- Se resuleve separando en dos problemas: inversión y operación óptima (custos variáveis).

- Calcula costos totales de inversión y operación, costos marginales operativos, beneficios marginales de generación térmica, intercambio de energía entre regiones interconectadas

Plan de Expansión Óptima del Sistema






3. Ejemplos de uso



6. Bibliografía

Índice


RETScreen:

Ejemplos:

HOMER:


LEAP:

Ejemplos:

Perú, 2010 México, 2012 Colombia, 2011 Chile, 2010

Ecuador, Paraguay, El Salvador, Uruguay, Brasil, Argentina, etc.

MESSAGE-BRASIL:

Ejemplos:

Instrumentos de Planificación Energética

Resumen de aplicaciones en los países de AL&C






3. Ejemplos de uso



6. Bibliografía

Índice


Datos requeridos para cada tipo de modelo:

ESCALA GEOGRÁFICA

ESCALA TEMPORAL

PROCEDIMENTO COMPUTACIONAL

EQUILIBRIO

PRINCIPALES DATOS

NACIONAL

LOCAL / PROYECTO PUNTUAL

· Balance energético nacional· Datos agregados para nivel de país o región· Censos nacionales

· Datos desagregados a nivel local (costos, parámetros de operación, disponibilidad recursos, etc)

· Datos climatológicos

LARGO PLAZO

CORTO PLAZO

· Proyecciones para las diferentes variables (demanda, PIB, etc)

· Escenarios (costos, tecnología, políticas, etc.)

· Información actualizada de costos, parámetros tecnológicos, financiamiento, tarifas, etc.

· Demanda inmediata (curva de carga)· Portafolio de grandes proyectos a entrar en

operación

OPTIMIZACIÓN

SIMULACIÓN

· Información detallada de costos, parámetros tecnológicos

· Restricciones de potencial técnico y/o potencial económico.

· Restricciones de operación (nivel mínimo en reservatorios, plantas hidráulicas en serie, etc.)

· Restricciones ambientales, sociales, etc.

· Escenarios (políticos, financieros, económicos, tecnológicos, etc)

· Balance de energía útil para escenarios de eficiencia energética

GENERAL

PARCIAL (sectorial o subsectorial)

SIN EQUILIBRIO

· Matriz Insumo- Producto para el nivel geográfico de análisis (nacional, regional)

· Demanda de energía exógena para equilibrar modelos de oferta

· Oferta de energía exógena para equilibrar modelos de demanda

· Datos desagregados para sector y/o subsectores

· Nada específico

TIPOS DE MODELOS

MO

DEL

OS

D

E

PLA

NIF

ICA

CIÓ

N

EN

ERG

ÉTIC

A

GLOBAL· Series históricas de diversos parámetros socio-

económicos y tecnológicos por región o país.· Balances energéticos nacionales


Árbol de decisión:

ESCALA GEOGRÁFICA

ESCALA TEMPORAL

PROCEDIMENTO COMPUTACIONAL

EQUILIBRIO EJEMPLOS DE MODELOS

NACIONAL

LARGO PLAZO

CORTO PLAZO

OPTIMIZACIÓN

OPTIMIZACIÓN

PARCIAL SUBSECTORIAL


EEPPS, DECOMP, SDDP

PARCIAL SECTORIAL

MESSAGE*, PLANEL, MARKAL

OPTGEN, SDDP, SUPER OLADE, LEAP*, EEPPS, WASP, NEWAVE*, DigSilent, NEPLAN, NETPLAN/OPTNET, M-REF,

GEMME

GENERAL

SIMULACIÓN

SIN EQUILIBRIO

LEAP*, WASP, SUPER OLADE, MOPERD, NEPLAN, Dig Silent

GENERAL


MoMo, MAED

GLOBAL LARGO PLAZO SIMULACIÓN GENERAL GCAM, IMACLIM

ENPEP*, IMACLIM

NEREUS

HOMERPARCIAL

SUBSECTORIAL

LOCAL/PROYECTO PUNTUAL

CORTO PLAZO

OPTIMIZACIÓN

SIMULACIÓN

RETSCREEN*SIN EQUILIBRIO

LARGO PLAZO


FINPLAN, RETSCREEN*

SIMULACIÓN SIN EQUILIBRIO HOMER

PARCIAL SECTORIAL

LEAP*

MO

DEL

OS

D

E

PLA

NIF

ICA

CIÓ

N

EN

ERG

ÉTIC

A

OPTIMIZACIÓNPARCIAL

SUBSECTORIALHOMER, SAM*

Nota: * : El camino seguido para llegar a la selección de estos modelos será detallado a continuación:






3. Ejemplos de uso



6. Bibliografía

Índice

Instrumentos de Planificación Energética

Gracias por su atención:

Contacto:

Rafael Soria P.

[email protected]

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