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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
84
19
86
19
88
19
90
19
92
19
94
19
96
19
98
20
00
20
02
20
04
20
06
20
08
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%
20%
30%
40%
50%
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 (2 abr 2013)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
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%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1-m
ar
8-m
ar
15
-mar
22
-mar
29
-mar
5-a
br
12
-ab
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
100
200
300
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
400
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 seco(martes 17 mayo 2011)
Térmico
ArCoSa
Hidro
Eól+Biom
Geot 0
200
400
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