Presentación de PowerPoint - cicr.com · Impacto a la red electrica Datos de irradiación 15....
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reunión especial de la comisión de energía al tema
INTEGRACION DE ENERGIA FOTOVOLTAICA EN EL
SISTEMA ELECTRICO DE COSTA RICA
1
Estructura
1. Motivación
2. Desarrollo del sector solar FV
3. Impacto a la red eléctrica
4. Respaldo y almacenamiento
5. Rentabilidad en 2015 con POASEN (?)
6. Conclusión y perspectiva
2
MotivaciónSuministro eléctrico
100 % renovable, ¿es posible?
Costa Rica dispone de recursos renovables gigantes cómo hidráulico, geotérmica, eólico y …
Embalse Arenalwww.shothotspot.com
Planta geotérmica Miravalleswww.elfinancierocr.com/
Parque eólico Santa Anawww.smartgridcostarica.com
4
Motivación
Sin embargo:
Fuente: ICE
6
66,4
10,3
15,27,3
0,80,01
Porcentajes de generación eléctrica por fuente en 2014
Hidro
Térmica
Geotérmica
Eólica
Biomasa
Solar
Motivación
2021 2050 2020 2020
2025 2015 2020
2027 20502020
0
20
40
60
80
100
120
%
Objetivos de cuotas renovables de generación eléctrica
8
Motivación
100 100 100 98 9693 92 90
8581
0
20
40
60
80
100
120
%
Cuotas renovables de generación eléctrica en 2012
9
Las barreras más grandes para el desarrollo del sector en Costa Rica
10
0
5
10
15
20
25
30
Can
tid
ad
Sector Privado
Sector Académico
Sector Público
Motivación
MotivaciónBarreras para la FV en Costa Rica
• Incertidumbre regulatoria (ARESEP, MINAE, ICE) Tarifas para proyectos grandes, POASEN, Plan Piloto
• Incertidumbre sobre el impacto a la red
• Mala reputación de la planta Miravalles (precio de generación)
• Falta de experiencia y de informaciones científicas
• Temor de empresas de distribución y generación de perder negocios
• Casi monopolio de ICE, generación privada limitada a 30 %
• Falta de personal en el ministerio de ambiente y energía (MINAE)
• Dificultades de financiamiento, falta de compromiso de algunos bancos
11
Desarrollo del sector solar FV
0
1
2
3
4
5
6
-2012 2013 2014
Po
ten
cia
inst
alad
a [M
W]
año
Proyectos grandes Generación distribuida Sistemas separadas (en isla) Acumulado
12
Validación de estimación de la generación de datos de satélites
14
0
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Re
nd
imie
nto
esp
eci
fico
[kW
h/k
W, d
ía]
Enero 2015, Alajuela
Por debajo de lo estimado Margen de estimación
Generación real sistema 1 Generación real sistema 2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Po
ten
cia
[kW
]
Días extremos
Flickr
Caídas de Voltaje
Datos de SolarGIS
0
20
40
60
80
100
120
140
Fre
cue
nci
a
Clase [W/m2]
Histograma Liberia 2012
Impacto a la red electrica
Datos de irradiación
15
Cuando y de qué tamaño ocurre sombreado por nubes?
Impacto a la red eléctrica
Aún con nubes oscuras la generación no cae a 0 %. Queda una generación mínima de 20 %.
Poco frecuente
Muyfrecuente
16
Fuente: CSIRO 2012, Australia’s clean energy challenge
Impacto a la red eléctricaEl problema:
17
Imágenes de líneas secundarias de la CNFL tomadas el 18 de diciembre en la Uruca, San José
Impacto a la red eléctrica:Projecto UCR
18
115
115,5
116
116,5
117
117,5
118
118,5
119
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Vo
ltaj
e a
la b
arra
AS1
1 [
V]
Tiempo [horas]
With PV Without PV
Impacto a la red eléctrica:Resultados de la simulación
O,75 Volt0,6 % del voltaje nominal
-50%
0%
50%
100%
150%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Ge
ne
raci
ón
PV
20
Soluciones convencionales Soluciones “smart-grid”
Transformadores con potencia nominal más alta
Inversores inteligentes con• Inserción de potencia reactiva• Limitación de potencia activa• Regulación de voltaje
Líneas más grandes o paraleles Almacenamiento de baterías
Distribución óptima de los sistemas FV Transformadores controlables y “Booster”
Instalación de descargadores de sobre voltaje
Regulación de carga (“Demand SideManagement”)
Nuevos diseños de la red, como “advanced-closed loop”
Mercado eléctrico abierto y rápido (“real-time”)
Impacto a la red eléctrica:Soluciones técnicos
Hay hasta 11 maneras diferentes de ajustar le relación entre potencia activa y reactiva en vivo en muchos inversores modernos inteligentes.
21
Soluciones convencionales Soluciones “smart-grid”
Transformadores con potencia nominal más alta
Inversores inteligentes con• Inserción de potencia reactiva• Limitación de potencia activa• Regulación de voltaje
Líneas más grandes o paraleles Almacenamiento de baterías
Distribución óptima de los sistemas FV Transformadores controlables y “Booster”
Instalación de descargadores de sobre voltaje
Regulación de carga (“Demand SideManagement”)
Nuevos diseños de la red, como “advanced-closed loop”
Mercado eléctrico abierto y rápido (“real-time”)
Impacto a la red eléctrica:Soluciones técnicos
Hay hasta 11 maneras diferentes de ajustar le relación entre potencia activa y reactiva en vivo en muchos inversores modernos inteligentes.
22
Fuente imagen: SMA
Co
sto
s d
e in
tegr
ació
n d
e P
V
Penetración de PV
Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3
No costos
Costos intermedios, transformadoresmás grandes o controlablesCostos bajos,
smart inverters
Costos altos, líneas nuevas o paralelas
Costos intensos,nuevo diseño de red, almacenamiento
Impacto a la red eléctrica
30 % (IEEE reporte EE.UU.)
2,5 – 11 kW/acometida (IWES reporte Alemania) 23
3,8×demanda de promedio(ElektrizitaetsgenossenschaftEngelsberg Alemania)
= CR: 2,2 GW
Respaldo y almacenamiento:Remplazar la energía térmica con energía solar
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Ene
rgía
[G
Wh
]
Energía térmica Energía solar Planta de carga principal
24
Respaldo y almacenamiento:Modelo solar de 750 MW
26
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Po
ten
cia
sola
r [M
W]
Miravalles 97 MW Tarrazú 36 MW Pérez Zeledón 36 MW
Limon 45 MW Liberia 100 MW Quepos 100 MW
Puntarenas 100 MW Cartago 16 MW Aeropuerto 63 MW
San Ramon Alajuela 78 MW San José Centro 36 MW Santa Ana 36 MW
Heredia 7 MW Miravalles 750 MW
Respaldo y almacenamiento:Almacenamiento estacional en el lago Arenal
750 MW FV
525
527
529
531
533
535
537
539
541
543
Niv
eld
el l
ago
Are
nal
[msn
m]
Zona prohibida
Nivel real 2013
Térmica substituido por solar(incluye eficiencias)
Térmica substituido por plantade carga principal
27
100 MW FV
Respaldo y almacenamiento:Almacenamiento estacional en el lago Arenal
525
527
529
531
533
535
537
539
541
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Niv
el d
el l
age
Are
nal
[m
snm
]
Zona prohibida
Nivel real 2013
Con almacenamiento deenergía solar (incluyeeficiencias)
28
Respaldo y almacenamiento:Soluciones técnicas
Estacional Diario MinutarioRegulación de frecuencia
Arenal Filos de agua con embalse Plantas convencionales
Reventazón (?) Sistemas de batería de casa Plantas eólicos y FV
Diquís (?) Centrales de bombeo Centrales de batería construidos para esteobjetivo
Sobrecapacidad y “curtailment”
Plantas térmicas
Importación - Exportación Regulación de carga (DSM)
Redes de gas o hidrógeno
Aire comprimido en cuevas
La mayoría de las soluciones ya está disponible en Costa Rica29
Rentabilidad:¿Por qué las tarifas eléctricas
son tan altas?
Razones Soluciones
Sobrecapacidad de plantas
hidráulicas
Dividir ICE construcción e ICE generación
Diversificación de la matriz eléctrica
Ineficiencia de ICE cómo seudo-
monopolista
Más apertura del mercado para generación
privada
La estructura tarifaria subsidia
consumos altos
Crear una estructura tarifaria que subsidie la
eficiencia energética
Búnker y diésel para plantas
térmicas (aprox. 20 % de los costos
de generación del ICE)
Substituir búnker/diésel por bio-combustibles
Substituir plantas térmicas por renovables
Demanda alta a mediodía
-> tarifa punto
Subir oferta a medio día con energía solar
30
Rentabilidad:Precios de generación en Costa Rica
Tipo de plantaPrecio de generación de
electricidad [$cents/kWh]
Fotovoltaico 7 - 13
Geotérmica 7.6 – 16.2
Eólico 12 - 22
Térmico con búnker o diésel 27.5 - 58
Fuentes: ICE y MT Toni Weigl
33
Rentabilidad:Tarifa residencial
Alemania EEG 2015: 64 %
Factores:• 50 % Irradiación• 50 % Tarifa eléctrica
34
Costos adicionales en Costa Rica
Normativa POASEN de ARESEP
Tarifa de accesoCostos por inversión, operación y
mantenimiento de la red de distribución
$3 Cent/kWhCNFL
$5 Cent/kWhICE
Tarifa de interconexión
Medidor cuesta $5.000??
37
Rentabilidad de proyectos FV:Proyecto CICR 35 kWp
$0,00
$10.000,00
$20.000,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
IngresosIngreso por ahorro depotencia
Ingreso por venta deexcedentes
Ingreso por ahorro deenergía
-$15.000,00
-$10.000,00
-$5.000,00
$0,00
Egresos
Seguro
(-) Intéres del Crédito
(-) Pagos del Crédito
Costos de Operación
Financiamiento Propio
-$60.000,00
-$40.000,00
-$20.000,00
$0,00
$20.000,00
$40.000,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Flujo de Caja Acumulativo
años
ROI 19 años 3 meses
ROI sin Tarifa de Acceso:11 años 5 meses
39
Rentabilidad:Impacto de la tarifa de acceso
Tarifa
Margen de cambio
de ROI (tiempo de
rendimiento)
Cambio de los
ahorros del primer
año (ICE)
Cambio de los
ahorros de los
primeros 10 años
(ICE)
Tarifa residencial +20 – 50 % -17 % -15 %
Tarifa general consumo
< 3000 kWh+ 20 – 50 % -19 % -18 %
Tarifa general con cambio de
tarifa de más de 3000 kWh a
menos de 3000 kWh
3000kWh<consumo<6000kWh
+20 – 60 % -43 % - 40 %
Tarifa general consumo
>6000kWh+30 – 100 % -11 % - 25 %
Tarifa media tensión +30 % - ∞ - 28 % -28 %40
Conclusión
• Existen los soluciones técnicas para mantener la estabilidad de lared con penetración FV.
• Las fluctuaciones del voltaje en el circuito simulado son manejables.• El embalse Arenal es capaz de almacenar 92 % de la generación de
750 MW FV instalados, que es suficiente para substituir todo lageneración térmica.
• En Costa Rica el sistema eléctrico es favorable para respaldar yalmacenar formas de energía fluctuante.
• Contrario a otros países como Alemania, FV es y será rentable enCosta Rica sin subvenciones si no se cobran costos adicionales.
• La tarifa de acceso es un peligro grande para el sector joven.• Un suministro eléctrico puro renovable es alcanzable y rentable.
41
Perspectiva
• ¿Tarifa de acceso solo para la parte inyectada ala red en vez de para todo la generación?
• ¿Suspender la tarifa de acceso hasta alcanzar5 % de penetración FV (350 MW)?
• ¿Apertura del mercado eléctrico?
• Costa Rica 100 % renovable y carbono-neutralen 2021
Beneficios enormes para el imagen del pais en el mundo, el turismo, el ambiente, la gente.
42