La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo...

“La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades”

3 y 4 de mayo de 2011

7° Simposium

Tecnología de Aerogeneradores y sus aplicaciones en México: limitaciones y oportunidades

Marco Borja DíazInstituto de Investigaciones EléctricasReforma 113, Col. Palmira, Cuernavaca, Mor., México, CP 62584

Tel: +51-777-3623811, Ext. 7251e-mail: [email protected]

1



7° Simposium

1. Introducción

2

En los últimos 3 años el índice de crecimiento promedio anual es cercano a 30%



7° Simposium

Distribución de la capacidad eoloeléctrica por continente



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Los 10 líderes en capacidad instalada durante 2009



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Durante el año 2009

En el mundo…

Se instalaron cerca de 38,000 MW/año

23,000 Aerogeneradores/año

Indicadores 104 MW/día

63 Aerogeneradores/día

4.3 MW/hora

2.6 Aerogeneradores/hora

Capacidad de AG promedio 1.65 MW



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Central Eoloeléctrica Estado No. Ags. Marca Potencia

Ag. (kW)

Potencia Central (MW)

Estado Finales 2010

MES Año Capacidad acumulada

1La Venta I CFE OAX 6 Vestas 225 1.35 O Nov 1994 1.35

2Guerrero Negro CFE BCS 1 Gamesa 600 0.6 O Mar 1999 1.95

3La Venta II CFE OAX 98 Gamesa 850 83.3 O Ene 2007 85.25

4Parques Ecológicos de México Iberdrola OAX 94 Gamesa 850 79.9 O Ene 2009 165.15

5EURUS CEMEX OAX 167 Acciona 1,500 250.5 O Dic 2009 415.65

6CERTE-IIE fase 1 IIE OAX 1 Komai 300 0.3 O Jul 2010 415.95

7La Rumorosa I G. Estado BC 5 Gamesa 2,000 10 O Feb 2010 425.95

8Eléctrica del Valle de México EDF OAX 27 Clipper 2,500 67.5 O Abr 2010 493.45

9Bii Nee Stipa Energía Eólica Iberdrola OAX 31 Gamesa 850 26.35 O Jun 2010 519.80

10La Venta III CFE OAX 121 Gamesa 850 102.9 Cons Oct 2011 622.65



7° Simposium

Central Eoloeléctrica Estado No. Ags. Marca Potencia

Ag. (kW)

Potencia Central (MW)

Estado Finales 2010

MES Año Capacidad acumulada

11Oaxaca I CFE OAX 121 Vestas 850 102.9 Cont 2011 725.5

12Desarrollos Eólicos Mexicanos DEMEX OAX 112 Gamesa 2,000 224.0 Cons 2011 949.5

13Oaxaca II CFE OAX 68 Acciona 1,500 102.0 Cont 2011 1051.5

14Oaxaca III CFE OAX 68 Acciona 1,500 102.0 Cont 2011 1153.5

15Oaxaca IV CFE OAX 68 Acciona 1,500 102.0 Cont 2011 1255.5

16Fuerza Eólica del Istmo FE-Peñoles OAX 30.0 Cons 2012 1285.5

17Eoliatec del Istmo Fase 1 Eoliatec OAX 22.0 NI 2012 1307.5

18Eoliatec del Pacífico Eoliatec OAX 160.5 NI 2012 1468.0

19Eoliatec del Istmo Fase 2 Eoliatec OAX 142.2 NI 2012 1610.2

20Gamesa Energía Gamesa OAX 288.0 NI 2012 1898.2

21Vientos del Istmo Preneal OAx 180.0 NI 2012 2078.2

22Energía Alterna Istmeña Preneal OAX 215.9 NI 2012 2294.1

23Unión Fenosa Generación U. Fenosa OAX 227.5 NI 2012 2521.6

24Fuerza Eólica del istmo Fase 2 F. Eólica OAX 50 NI 2012 2571.6



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Central Eólica: Eléctrica del Valle de MéxicoCapacidad 67.5 MW.Aerogeneradores: Clipper Wind 2.5 MW (USA), 27 unidadesDiámetro 80 metros, altura al centro del rotor 80 metros



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Central Eólica La Venta IICapacidad 83.3 MW - 98 aerogeneradores de 850 kWModelo: Gamesa G52, diámetro 52 metros, 44 m altura



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2. Aspectos de mercado y estrategia

12

Reparto de mercado de aerogeneradores 2009



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Capacidad de aerogeneradores

Promedio mundial en 2009 1,600 kW

Aerogeneradores más grandes 6,000 kW

Aerogeneradores más pequeños 850-300 kW

Lo más común (mainstrem) 1500-2500 kW



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Política energética y ambiental, leyes, decretos, reglamentos

Tarifa de compra mejorada

Portafolio de Energía Renovable (RPS), también RPO o RO

Electricidad verde

Créditos fiscales

Depreciación acelerada

Subsidios a capital

Medición Neta

Facturación Neta

Excepción de impuestos

Fomento industrial y nuevas oportunidades de negocio

Principales elementos de impulso de mercado



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Principales elementos de impulso de mercado en México

Ley para el Aprovechamiento de las Fuentes de Energía Renovable y el Financiamiento de la Transición EnergéticaPrograma Especial para el Aprovechamiento de las Fuentes de Energía RenovableModelo de Contrato de Interconexión para Fuente de Energía RenovableModelo de Contrato de Compra-Venta de Energía para Pequeño Productor de ElectricidadRegulación de cargos por transmisión de electricidad para Fuente de Energía RenovableDepreciación Acelerada

Construcción de infraestructura para transmisión de electricidadLicitaciones para centrales de Producción IndependienteProyectos semilla



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Principales beneficios

Creación de nuevos empleos

Nuevas líneas de producción

Nuevas oportunidades de negocio

Desarrollo regional

Diversificación energética

Desarrollo sustentable

Mitigación del Cambio Climático Global



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?

3. Opciones tecnológicas y tendencias

Desarrollo



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AparienciaGeneral

RotorGóndola

Torre



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A simple vista, los diferentes modelos de aerogeneradores son parecidos entre sí. Sin embargo, existen diferencias

tecnológicas muy importantes entre ellos que puedenresultar en ventajas competitivas relevantes.

Los aerogeneradores modernos son tecnológicamentemaduros. Sin embargo, aún hay, y siempre habrá, muchas

oportunidades de mejora en sus aspectos técnicos y económicos.



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Clase de Aerogenerador Clase I Clase II Clase III Clase S

Vref (m/s) 50

42.5 37.5

Valoresespecificadosporeldiseñador

A Iref (-) 0.16

B Iref (-) 0.14

C Iref (-) 0.12

Norma IEC 61400-1 Ed 3- 2007

Vref = Velocidad promedio en 10 minutos con período de retorno de 50 años, (Hhub)



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Vref (m/s) 50

42.5 37.5


Vave (m/s) 10 8.5 7.5

Ve50 (m/s) 70 59.5 52.5

Ve1 (m/s) 40 34 30

Norma IEC 61400-1 Ed 3- 2007

Vave = 0.2 Vref Ve50 = 1.4 Vref Ve1=0.8 Ve50



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Vref (km/h) 180

153 135


Vave (km/h) 36 30.6 27

Ve50 (km/h) 252 214.2 189

Ve1 (km/h) 144 122.4 108

Vave = 0.2 Vref Ve50 = 1.4 Vref Ve1=0.8 Ve50



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Norma IEC 61400-1 (2007)

Vida útil de diseño clases I, II y III Por lo menos 20 años

Temperatura ambiente normal -10°C a +40°C

Temperatura ambiente extrema -20°C a +50°C

Humedad relativa hasta 95%

Densidad del aire 1.225 kg/m3

Descargas eléctricas atmosféricas

Hielo

Terremoto o Sismos



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Norma IEC 61400-1 Ed 3- 2007

Casos de carga

Gravitacional e inercial Cargas estáticas y dinámicas que resultan de la gravedad, vibración, rotación y actividad sísmica

Cargas aerodinámicas Cargas estáticas y dinámicas que son causadas por el viento y su interacción con las partes estáticas o en movimiento de los aerogeneradores

Cargas por actuación Cargas que resultan de las acciones de operación y control de un aerogenerador. Hay varias categorías incluyendo el control de torque, de orientación, de pitch, frenado mecánico.



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Seguridad – Prioridad 1



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Gen. Comentarios

1G-CRENo amigables con la red eléctrica

Sistemas de velocidad constante con Generadores asíncronos o síncronos directamente conectados red.

En proceso de extinción

2G-CREParcialmente amigables con la red

Generadores asíncronos doblemente alimentados, con convertidor de potencia a escala parcial (AC-DC-AC).

Dominan el mercado actual. Pero van perdiendo terreno

3G-CREAmigables con la red eléctrica

Con convertidor de potencia a escala completa AC-DC-AC.

Cumplimiento de códigos de red

4G-CRESistemas inteligentes

Clasificación según su compatibilidad con el sistema eléctrico

Marco Borja, 2010



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Gen. Comentarios

C-N1 Prototipos De cualquier índole Incluyen innovaciones de vanguardia o rompimiento

C-N2 Prototipos

Sistemas probados a los que se agregan innovaciones sustantivas orientadas a reducir costos

C-N3Sistemas probados en condiciones similares

Con convertidor de potencia a escala completa AC-DC-AC.


C-N4Sistemas probados en condiciones iguales

Aplicación por lo menos 20 años

Clasificación según su confiabilidad Marco Borja, 2010



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La gran mayoría de sitios ventosos en los litorales de México

Velocidad del viento promedio anual

Entre 6.5 y 8.5 m/s Para alturas entre 80 y 100 metros

Clases de aerogeneradores porproducción de energía

Clase III y Clase IIClase II Ve50 = 214.2 km/hClase III Ve50 = 189.0 km/h

Clase de aerogenerador por seguridad

Por lo menos Clase I Mejor Clase S

Clase I Ve50= 252 km/hPor ejemploVe50 = 288 km/h o más



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Mejor opción, Clase S, combinación, por ejemplo

Vave 8.5 m/s Clase II

Ve50 80 m/s o más Clase S

Compatibilidad con

red eléctrica

Sistema amigable a red o mejor, sistema inteligente

3G-CRE o mejor4G-CRE

ConfiabilidadSistemas probados en condiciones iguales o por lo menos similares

CN3 o mejor CN4

Nivel SísmicoTurbulenciaCorrosión

Según el sitioSegún el sitio

Corrosión



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Aún no hay algún modelo de aerogenerador en el mundo que reúna dichas características.

Ya hay filosofías de diseño que consideran esos aspectos



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Centro Regional de Tecnología Eólica IIEPrototipo de aerogenerador en pruebasDonado por GEF-PNUD

Marca KOMAIHALTEC, Inc. (Japón)Capacidad 300 kWDiámetro 33 metrosAltura 43 metros

Clase S (especial)Vave = 8.5 (Clase II)Ve50 = 70 (Clase I )Intensidad de turbulencia 20% (Clase S)Sismisidad 1G

«Japanese Class»

Primer pequeño productor eólicoOperando comercialmente desde Julio de 2010



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38

Gracias¿Dudas, Preguntas?

Fotografía: ocaso desde el centro regional de Tecnología eólica del IIE, autor Marco Borja.



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3. Aspectos económicos

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Costo nivelado de generación

I = Costo de inversión OM = Costo de Operación y MantenimientoMM = Costo de mantenimiento mayor VR = Valor de rescate N = Vida útil [20 años]r = Tasa de descuentoPGE = Potencial de generación de electricidad



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Costos de Inversión

Varía de un lugar a otro dependiendo de:

•Costo de los aerogeneradores (diferente según su clase y su tecnología).•Altura de instalación de los aerogeneradores (torre).•Gastos de transportación (incluyendo seguros).•Necesidad de construcción o modificación de caminos de acceso.•Necesidad de construcción o refuerzo de línea de interconexión.•Tipo de terreno (v.g., plano, semi-complejo, muy complejo)•Tipo de suelo (rocoso, agrícola, arenoso, expansivo, inundable).•Costo de materiales en la región.•Costo de mano de obra en la región.•Intereses durante la construcción.•Contingencias (v.g., dificultad para instalar aerogeneradores por vientos altos)



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41

Costos de inversión Dólares/kW Australia 1,939 3,136 Austria 2,380 2,520 Canadá 2,100 2,520 Dinamarca 1,820 3,640 on-offshoreGrecia 1,540 1,960 Irlanda 2,243 Italia 2,436 Japón 3,150 México 1,820 2,100 Holanda 1,855 Noruega 1,960 2,240 Portugal 1,820 2,100 España 1,750 Suecia 2,114 3,024 Suiza 2,639 Reino Unido 1,470 2,205 onshore 2,940 4,410 offshoreEstados Unidos 2,022



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Costos de aerogeneradores

Dólares/kW

Australia 1,386 1,848

Austria 1,960 2,100

Canadá 1,470 1,862

Irlanda 1,330 1,400

Italia 1,778

Japón 2,100

México 1,400 1,680

Portugal 1,330 1,820

España 1,302

Suecia 1,358 1,820

Suiza 2,030

Estados Unidos 1,042 1,607



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Costos de Operación y Mantenimiento

Rango principal 0.01 a 0.025 US$/kW Específicos por proyecto Condiciones de operación Normal Agresiva ExtremaCalidad de componentes Originales RefaccionesCalidad de mano de obra Oportunidad



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Potencial de generación de electricidad = (MWh/año)

Factor de planta = (Energía Generada / Energía a Capacidad Plena)*100

Factores de planta de centrales eólicas comerciales: 18 a 45 %



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Costo de energía eólica:

Dinamarca 0.042 a 0.070 US$/kWhEl inversionista requiere cerca de 0.098 US$/kWh (Aprox. 1.274 MN$/kWh)

Estados Unidos: precio 0.0612 + 0.025 Tax credit = 0.086 US$/kWh(Aprox. 1.118 MN$/kWh)

México precio de compra a IPP en Oaxaca304.2 MW –Acciona-Oaxaca I 0.0658Oaxaca II 0.0678 promedio 0.0658 USD$ (Aprox. 0.855 MN$/kWh)Oaxaca III 0.0637

Norte II Ciclo Combinado 433 MW --- 4.17 millones de dólaresPNG= 1.1214 MN$/kWh



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Costo de energía eólica:

Dinamarca 0.042 a 0.070 US$/kWhEl inversionista requiere cerca de 0.098 US$/kWh (Aprox. 1.274 MN$/kWh)

Estados Unidos: precio 0.0612 + 0.025 Tax credit = 0.086 US$/kWh(Aprox. 1.118 MN$/kWh)

México precio de compra a IPP en Oaxaca304.2 MW –Acciona-Oaxaca I 0.0658Oaxaca II 0.0678 promedio 0.0658 USD$ (Aprox. 0.855 MN$/kWh)Oaxaca III 0.0637

Norte II Ciclo Combinado 433 MW --- 4.17 millones de dólaresPNG= 1.1214 MN$/kWh



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• Inversión Pública (OP)

• Producción externa - Producción independiente (PI) - Pequeña producción (PP)

• Autoabastecimiento (AA)

• Exportación (Ex)

•Generación centralizada•Generación distribuida

Modalidades de proyectos eólicos



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4. Principales retos

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Arrendamiento de terrenos

Conseguir aerogeneradores

Impacto ambiental

Aceptación social

Infraestructura eléctrica

Accesos

Asegurar clientes

Firma de contratos

Puesta en operación oportuna


Instalaciones en clima adverso



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Gracias¿Dudas, Preguntas?

Fotografía: ocaso desde el centro regional de Tecnología eólica del IIE, autor Marco Borja.

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