Sesión2 Imaginando la energía del futuro en Chile

El Desafío de la Energía Solar para Chile

Dr.-Ing. Rodrigo Palma Behnke

Profesor Asociado Director SERC Chile,

DIE, FCFM, Universidad de Chile

12 de diciembre, 2016

• Introducción

• Potencial

• Desafíos

El Desafío de la Energía Solar para Chile

Proyecto Huatacondo

1. Introducción Las energías renovables NC 2010

1. Introducción Las energías renovables NC 2010

1.000.000

3.000-16.000

5.000-40.000

2.000-14.000

2.000-21.000

1021

405

459

958

Capacidad instalada ERNC 2843 [MW]

1. Introducción Las energías renovables NC hoy

Desempeño del factor de planta (hasta sep. 2016)

Fuente: elaboración

propia, CDEC.

CONVERSIÓN

TECNOLOGÍA

USO FINAL

Química

verde

Fotosíntesis

Intercambiador de calor

Efecto Fotoeléctrico

Concentración Evaporación

Diferencia de presión

Secador de

vegetales

Colector solar

térmico

Estanque de

almacena-miento

Cocina horno solar

Batería

Panel fotovoltaic

o

Torre

solar

Planta cilindro

parabólica

MotorStirli

ng

Central hidráulic

a

Central eólica

Combustibles

Sintéticos

Agua Invernadero Arquitectura

Luz Frío Consumos eléctricos

ACS Biomasa alimentos

El flujo del sol

Desafío multidimensional del sol

Producción de electricidad

Producción de calor Desarrollo

socio-ambiental

Química verde basada en

energía solar

Desarrollo productivo,

industria local

Tratamiento solar de agua

Potencial solar de Chile

• Radiación excepcional, bajo

ínice de nubosidad, baja

temperatura, escasez de

agua.

• More than 66000 km2

feasible !!

Source: GIZ

• More than 66000 km2

feasible

• Radiación excepcional, bajo

ínice de nubosidad, baja

temperatura, escasez de

agua.

Potencial solar de Chile

Optical fibre belt

World Solar Belt

World Solar Belt

Centrales de bombeo

Potencial de almaceamiento

200.000 MW

~ 6.000 km2 (3ha/MW) 0.8% del territorio chileno 5% del Desierto de Atacama 6 veces el consumo actual de Chile

Abastecer 30% del consumo eléctrico

de SA

El gran desafío 2033

30.000 MW

~ 1,000 km2 -- (3ha/MW) Melipilla 0,14% del territorio chileno 1% del Desierto de Atacama

Chile 100 % Solar hoy Consumo anual

70,000 GWh

SCADA

AGC / RI

Apps

SIC

Brasil Argentina

Niveles de acción: flexibilidad

Allowable Areas Solar Map

• Created satellite-based global horizontal irradiance map – Used GSIP-v3 from NOAA – 5.5 km resolution – Adjusted with 60 ground measurement stations

(primarily Mexico, Brazil, Chile) – Adjusted map to reflect long term – Mean bias: 0.3%, Stdev bias: 7.8%

• Determined allowable area – Considered agricultural, grassland, barren lands,

slope < 10% – Excluded protected areas

• Used consistent sources and methodology across project area – Relative comparisons between countries likely more

accurate than actual numbers for individual countries

27

Optimization problem formulation

Methodology Framework

Methodology

Modelling

Optimization

Hydro-Stochastic

Simulations

Minimize: 𝐵𝑢𝑖𝑙𝑑_𝐶𝑜𝑠𝑡𝑇 + 𝑂𝑝𝐶𝑜𝑠𝑡 + 𝑈𝑆𝐸𝑐𝑜𝑠𝑡

Subject to:

• System Balance: DC-powerflow eq.

• Operation limits: Capacity, Min/Max Cap. Factor,

Fuel limits, Min/Max Reservoir volumes,

environmental constraints.

• System limits: Transfer capability, min/max new

built, max built per year

• Country adequacy:

𝐶𝑎𝑝𝑅𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑒𝑡 ≥ 𝐶𝑎𝑝𝑅𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑒𝑡−1𝑡

Special for RE/CORE:

𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑅𝐸 ≥ 0.80 𝐿𝑜𝑎𝑑 ∀𝑡 ∈ 2030

28

Optimization problem formulation

Methodology Framework

Simulation time

Base scenario: 7 hours

RE-Opt scenario: 15 hours

CORE-Opt scenario: 19 hours

Stochastic Method

2-stage stochastic optimization

One build solution for all stochastic

scenarios Hardware Requirements

Input database: 1.6 [GB]

Peak RAM memory usage: 70 [GB]

Google server, 24 cores

Problem dimension

63 Nodes

213 Lines

>5 000 Generators

> 700 Storages

83 Millions of variables

19 Millions of constraints

Solution method

PLEXOS

CPLEX solver

Interior point method

Relative gap 0.01 %

Configuration settings

6 blocks/month

Linear programming expansion decisions

Perpetuity end effects method

29

Interconnections South America

Grande

LaVirginia

Cerromatoso

Sogamoso

SantaRosa Pascuales

SINC

SIS

SING

SIC

ElChocon

SIN

Rodriguez

Itaipu Asuncion

Palmar

RioJaneiro

SaoPaulo

PortoAlegre

Ayolas

Yacyreta

SanTome

Belohorizonte

PauloAlfonzo

Lajeado

Imperatriz

Norte

Xingu

Madeira

Manaus

BoaVista

Guri

Yaracuy

Guyana

FrenchGuiana

Suriname

Cobos

Patagonia

Copey

Bacata

SanCarlos

Cuyo

Almafuerte

Grande

LaVirginia

Cerromatoso

Sogamoso

SantaRosa Pascuales

SINC

SIS

SING

SIC

ElChocon

SIN

Rodriguez

Itaipu Asuncion

Palmar

RioJaneiro

SaoPaulo

PortoAlegre

Ayolas

Yacyreta

SanTome

Belohorizonte

PauloAlfonzo

Lajeado

Imperatriz

Norte

Xingu

Madeira

Manaus

BoaVista

Guri

Yaracuy

Guyana

FrenchGuiana

Suriname

Cobos

Patagonia

Copey

Bacata

SanCarlos

Cuyo

Almafuerte

30

Chille energy mix

-20.000

-10.000

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

110.000

120.000

130.000

140.000

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

[GWh]GenerationinChile

Ocean

Biomass

Geothermal

Wind

Solar

Hydro

Gas

Oil

Coal

Nuclear

NetImport

31

Conclusiones

• La energía solar se ha posicionado en 5 años como una opción

real y relevante (mucho más que el efecto en el precio del

mercado spot).

• Visión solar (sueño, viaje a la luna) orienta y motiva desafío

internacional nacional regional comunal.

• Visión requiere de evidencia de corto plazo: estudios,

programas piloto, casos de éxito experiencia local.

• Estudios, modelos y bases de datos como bienes públicos.

• Ventanas de oportunidad para captura de valor son limitadas.

Sesión2 Imaginando la energía del futuro en Chile

El Desafío de la Energía Solar para Chile

Dr.-Ing. Rodrigo Palma Behnke

Profesor Asociado Director SERC Chile,

DIE, FCFM, Universidad de Chile

12 de diciembre, 2016