2015 03 03 Energías Renovables v1

SISTEMAS DE GENERACIÓN DEENERGÍA MEDIANTE ENERGÍASRENOVABLES

Dr. Ing. Jorge Mendoza Baeza

Programa del Curso

Introducción a las ERNC Energía Eólica Energía Solar Energía del Mar Energía Biomasa Energía Geotérmica Energía Mini Hidráulica Sistemas de almacenamiento de energía Mercado eléctrico de la ERNC

Profesores

La asignatura será dictada por un conjunto deprofesores: Paulino AlonsoMiguel López Jorge Mendoza Carlos CarlesiGermán Aroca Alonso Arellano Cristian Cardenas Ramón Aldunate

Sistema de evaluacion

Prueba 17 de Octubre Trabajo de Investigación (Por definir)

Clases 09:00-12:00, días sábado.

Horario de Clases

Calendario

DIAS MES PROFESOR TEMA4 Julio JORGE MENDOZA INTRODUCCION11 Julio MIGUEL LÓPEZ ENERGÍA SOLAR25 Julio MIGUEL LÓPEZ ENERGÍA SOLAR1 Julio ALONSO ARELLANO ENERGÍA GEOTÉRMICA8 Agosto GERMAN AROCA BIOCOMBUSTIBLES22 Agosto RAMON ALDUNATE COGENERACIÓN29 Agosto MIGUEL LÓPEZ ENERGÍA EOLICA5 Agosto MIGUEL LÓPEZ ENERGÍA EOLICA12 Septiembre JORGE MENDOZA MINIHIDRO26 Septiembre PAULINO ALONSO ENERGÍA DEL MAR3 Septiembre CARLOS CARLESI ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA10 Octubre CRISTIAN CARDENAS MERCADO ELÉCTRICO17 Octubre EVALUACION FINAL

Temario

Definiciones de las ERNC Su importancia Contexto internacional Sistema eléctrico Chileno Tecnologías de ERNC (Eólico, solar, biomasa, micro

hidráulica, geotérmica, mareomotriz) ERNC en Chile Aspectos normativos

ENERGÍAS RENOVABLES NOCONVENCIONALES

DEFINICIONESDr. Ing. Jorge Mendoza Baeza

El camino de las energíasrenovables En el pasado la energía eléctrica era relativamente barata y

abundante Actualmente, existen problemas de aumento sostenido del consumo

y su posterior abastecimiento La necesidad de seguridad energética La relación directa entre crecimiento y demanda de energía El Cambio climático La necesidad de diversificación de la matriz energética Protegerse de las alzas sostenidas de los combustibles fósiles La mayor conciencia de los consumidores respectos de los problemas

ambientales y sociales asociados a los proyectos energéticos.

Han llevado a la necesidad de la búsqueda de energíaslimpias

Definiciones

El concepto de “energía renovable no convencional” es un términoacuñado exclusivamente por Chile, ya que en otros sistemas, se habla másbien de energías renovables o, simplemente, limpias.

Alemania es pionero en materia de producción de electricidad medianteenergía renovable en el mundo. El sistema alemán es el feed-in tariff,donde se obliga al operador de la red a comprar toda la energíarenovable producida en el sistema. Actualmente un 17% de la electricidades generada a partir de energías renovables. Para 2020 este país buscaelevar el porcentaje de dichas energías en un 30%.

En España, el Real Decreto 661/2007 que regula el mercado eléctricorelativo a la energía renovable, indica que dicha norma es aplicable a las“instalaciones que utilicen como energía primaria alguna de las energíasrenovables no consumibles, biomasa, o cualquier tipo de biocarburante,siempre y cuando su titular no realice actividades de producción en elrégimen ordinario”. España se ha impuesto como meta que las energíasrenovables cubran el 20% del consumo en el año 2020.

Cuota de energíasrenovables en laenergía totalconsumida en los28 países de laUnión Europea,en 2012

Definición

El sector eléctrico en Chile está entregado a los privados, por lo que el Estado se limitaa regular, fiscalizar y subsidiar. La regulación del Estado busca lograr que laelectricidad se produzca respetando la normativa ambiental, con una matrizdiversificada y sin dependencia exclusiva de una sola fuente, para así evitarproblemas de suministros.

LA LEY 20.257Se definen los Medios de generación renovables no convencionales, comoaquellos cuya fuente de energía primaria sea: La energía de la biomasa Energía hidráulica, cuya potencia máxima sea inferior a 20 MW. Energía geotérmica. Energía solar. Energía eólica. Energía del mar, ya sea por mareas, olas corrientes marinas o gradiente

térmico.


VISIÓN MUNDIALDr. Ing. Jorge Mendoza Baeza

Demanda mundial de energía eléctrica

Demanda mundial de energía eléctrica

PIB mundial histórico, 1980-2016

Consumo mundial de energía eléctrica, 1980-2030(variación porcentual anual). Fuente: FMI, World Economic Outlook Database.

Consumo mundial de energía eléctrica(kWh per cápita)

Precios del petróleo

Factores Medioambientales

Existe consenso científico acerca de que el aumento de la temperatura de la Tierraes impulsado por la emisión de Gases de Efecto Invernadero (GEI) en la atmósfera

Aumento de emisiones

La tendencia de los países desarrolladoses utilizar de manera eficiente la energíaeléctrica, separando el consumo deelectricidad del crecimiento económico.

A diferencia, los países en desarrollo estánaumentando sus emisiones en una media deun 4,6%, lo que significa que prontoalcanzarán las emisiones del mundoindustrializado.

Emisiones porcentuales de CO2

Emisiones per cápita CO2

Emisiones de CO2eq en Chile

Huella de carbono

Sobrepoblación

Otro gran problema para mitigar el calentamiento global son los países con grandensidad de población y rápido desarrollo y crecimiento económico como China y laIndia. Incluso si los países industrializados reducen de manera drástica sus emisiones noservirá de mucho para evitar el calentamiento global a menos que los países endesarrollo tomen un camino diferente en su desarrollo (habitantes/km2)

Sobrepoblación

Número de habitantes por país.

Poblaciónmundial

Nivel de pérdidas en Distribución

Michele de Nigris (Consultor CEPAL), Federico Bernardelli (Asistente de Investigación CEPAL),Redes inteligentes de Energía (Smart Grids) en América Latina y el Caribe: viabilidad ydesafíos, Conferencia regional sobre Redes Inteligentes de Energía, Santiago 12-13 deOctubre 2010

7%

8%

9%

17%

0% 5% 10% 15% 20%

EE.UU.

Europa

Asia

Latinoamérica

Matriz energética(2008) www.energiaparachile.cl





SISTEMAS ELÉCTRICOSCHILENOSDr. Ing. Jorge Mendoza Baeza

Sistema eléctrico tradicional

Generaciónconcentrada degran tamaño

Generaciónalejada de loscentros deconsumo

Sistema Eléctrico Chileno 2013

SING 3.760MW

2.243MWmax

17230GWh

SIC 13.826MW

7.283MWmax

50.820GWh

LOS LAGOS 6.17MW

3.3MWmax

18.5GWh

AYSEN 50.20MW

25,3MWmax

154.6GWh

MAGALLANES 99.5MW

51.7MWmax

290.6GWh

TOTAL17.742

MW68.514GWh

Crecimiento de la demanda

Proyección de potencia instaladanacional

Crecimiento de la demanda eléctricaConsumo de electricidad se duplica cada 10 años

Desacople en los países desarrollados

SIC 2013TIPO DE POTENCIA NETA POTENCIA NETA

CENTRAL TOTAL [MW] TOTAL [%]Termoeléctrica 7.551.5 54.62%Hidroeléctrica 5.973.7 43.21%Eólica 292.7 2.12%Solar 8.4 0.06%Potencia Total Instalada 13.826.4 100.00%

TIPO DE POTENCIA NETA POTENCIA NETATECNOLOGÍA TOTAL [MW] TOTAL [%]

Hidráulica Embalse 3.393.4 24.54%Gas Natural 2.560.7 18.52%Hidráulica Pasada 2.299.6 16.63%Mini Hidráulica Pasada 280.7 2.03%Petróleo Diesel 2.335.1 16.89%Carbón 1.608.6 11.63%Carbón - Petcoke 561.9 4.06%Eólica 292.7 2.12%Biomasa 306.8 2.22%Biomasa-Petróleo N°6 88.0 0.64%Petcoke 63.0 0.46%BioGas 27.3 0.20%Solar 8.4 0.06%Potencia Total Instalada 13.826.4 100.00%

FUENTE DE POTENCIA NETA POTENCIA NETAENERGÍA TOTAL [MW] TOTAL [%]

Convencional 12.867.1 93.06%ERNC 959.3 6.94%Potencia Total Instalada 13.826.4 100.00%

SING 2013

TIPO DE POTENCIA NETA POTENCIA NETACENTRAL TOTAL [MW] TOTAL [%]

Termoeléctrica 3725.7 99.1%Hidroeléctrica 14.9 0.4%Cogeneración 17.5 0.5%Solar 1.4 0.0%

Potencia Total Instalada 3759.4 100.0%


Carbón 1932.6 51.4%Gas Natural 1441.2 38.3%Fuel Oil Nro. 6 177.6 4.7%Petróleo Diesel 134.8 3.6%Petróleo Diesel + Fuel Oil 39.5 1.0%Cogeneración 17.5 0.5%Hidráulica Pasada 14.9 0.4%Solar 1.4 0.0%

Potencia Total Instalada 3759.4 100.0%

FUENTE DE POTENCIA NETA POTENCIA NETAENERGÍA TOTAL [MW] TOTAL [%]

Convencional 3743.2 99.6%ERNC 16.3 0.4%

Potencia Total Instalada 3.759.4 100.0%

Centrales en construcciónSeptiembre 2014

SISTEMA INTERCONECTADO POTENCIA NETA POTENCIA NETA(MW) [%]

SIC 2207.8 59.3%SING 1512.2 40.7%Potencia Bruta Total Instalada 3720.0 100.0%


Biomasa 0.0 0.0%Hidro - Pasada 939.7 25.3%

Carbón 624.0 16.8%Gas Natural 293.0 7.9%

Diesel 132.0 3.5%Eólico 215.1 5.8%

Solar Fotovoltaico 889.2 23.9%Solar - Termosolar 110.0 3.0%

GNL 517.0 13.9%Potencia Bruta Total Instalada 3720.0 100.0%

Consumo de energía eléctrica

Tarifas medias Residenciales eindustrial (US$/kWh)


TECNOLOGÍASDr. Ing. Jorge Mendoza Baeza

Energía solar

Tecnologías de energía solar

Fotovoltaica (Silicio Cristalino)


Concentrador PV


Cilindro parabólico


Torres de Concentración

Energía eólica

Energía eólica

On Shore – SíncronoMultipolar

On Shore – Asíncrono (deinducción)

Energía eólica

Off Shore – Eje horizontalde 3 aspas

Energía geotérmica

Energía Geotérmica

Geotermia de Alta entalpía: Vapor Caliente:

En particular, la tecnología de vapor caliente consiste enla extracción de vapor seco saturado o supercalentadoa presión sobre la atmósfera, desde un pozo profundodominado por vapor. Se envía a través de tuberíasdirectamente al sistema de generación, para luego serdescargado de manera directa a la atmósfera o bien,condensado y en algunos casos, reinyectado al pozo.Los primeros sistemas de generación de electricidad porfuentes geotermales fueron la central de Larderello enItalia o The Geysers en California. Este tipo detecnología se encuentra bien desarrollada ycomercialmente disponible.


Geotermia de Alta entalpía: Aire Caliente

En particular, la tecnología explota reservorios devapor húmedo dominados por agua. Los fluidoshidrotermales de temperatura superior a 360 ° F(182 ° C) se pueden utilizar en plantas de flashpara generar electricidad. El fluido se rocía en untanque que esta a una presión mucho más bajaque el líquido inyectado, lo que hace que partedel líquido se evapore rápidamente (flash). Elvapor se envía a una turbina, que impulsa ungenerador. USA y Nueva Zelanda, entre otros,son ejemplos de su utilización para obtención deelectricidad. Es la tecnología de mayorprobabilidad de aplicación en Chile, dado el tipode recursos geotérmicos disponibles.


Geotermia de Mediana entalpía:Centrales de agua termal

Esta tecnología convierte calorgeotérmico de fuentes de baja y mediaentalpía, dominadas por agua, y a unatemperatura menor a la factible deutilizar por sistemas de vapor Flash.Estos generadores pasan a través de unintercambiador de calor por dondecircula un fluido de trabajo, de bajopunto de ebullición, generando vapor,que es utilizado para impulsar laturbina del generador.

Energía Mini Hidroeléctrica

Mini centrales de pasada

Esta tecnología se aplica paraobtener energía eléctrica y, en menormedida, energía mecánica. Soncentrales que aprovechan la energíacinética de los cauces naturales deagua y utilizan el desvío de unafracción del caudal de un río, con elfin de aprovechar la caída de aguapara lograr el movimiento de lasturbinas. Estas se encuentranconectadas a un generador, el queproduce energía eléctrica.Es una tecnología bastantedesarrollada que aplica los mismosconceptos básicos de las grandescentrales hidroeléctricas de pasadaque llevan años en el mercado.

Mini centrales de pasada en obras deriegoSon centrales de pasada, que asociadas acanales de riego, reducen los costosasociados a estudios e infraestructura.Cuentan con una serie de ventajas como loson: el menor costo de implementación,menor impacto ambiental, sucomplementariedad con actividadesagrícolas de riego, beneficios socialesasociados al mejor uso del recurso hídrico,entre otros. Para su aprovechamientoexisten las siguientes configuracionestécnicas: generación al interior de uncanal, en la descarga de un canal al río,en la descarga de un embalse y medianteunificación masiva de pequeñasbocatomas en la cabecera de una cuenca.

Energías marinas

Energías marinas

La superficie del planeta Tierra está cubierta en cercade un 80%, por agua, donde la mayor parte de éstacorresponde a océanos. El mar posee una serie decaracterísticas que lo transforman en una alternativa deutilización como fuente de energía, dentro de las cualesse encuentran principalmente: el movimiento de las olas,la oscilación de las mareas, el flujo de corrientesmarinas, los flujos de los estuarios y las variaciones desalinidad y temperatura.

Se han desarrollado diversos sistemas para aprovecharla energía de las olas (undimotriz), de la variación dealtura de las mareas (mareomotriz), de corrientesmarinas y de las variaciones de temperatura ysalinidad del agua. La mayoría de estas tecnologías seencuentran en etapa temprana de desarrollo, por locual aún presentan bajas eficiencias y altos costos.


ERNC EN CHILEDr. Ing. Jorge Mendoza Baeza – Octubre 2014

Centro de Energías Renovables - CER

El CER realiza principalmente cuatro líneas de acción:

Promoción y fomento de proyectos

Proveer de información de valor

Formación de capacidades

Promover la participación de actores para favorecer la cooperación

Estas líneas de acción se realizan principalmente por medio delPrograma Regional, que es una iniciativa de coordinación intersectorial.

En relación a la promoción y fomento de proyectos grandes, el CER hacreado la Unidad de Aceleración de Proyectos, que tiene como objetivola identificación de proyectos (ERNC) a nivel nacional, que están en fasesavanzadas de materialización y que enfrenten dificultades definanciamiento, de comercialización de la energía, en el proceso depermisos otorgados por los organismos públicos y también, en algunoscasos, de la oposición de actores locales.

El Centro de Energías Renovables (CER) es una institución que consolida los esfuerzos del Estado de Chilepara desarrollar las energías renovables no convencionales (ERNC). A través del contacto directo quelogra el CER con todos los integrantes de la industria de las ERNC, es además un proveedor de insumospara el Ministerio de Energía en el diseño de las nuevas políticas en esa materia.

Estimaciones de energías

ERNCFuente: El Centro de Energías Renovables (CER)

ERNCFuente: El Centro de Energías Renovables (CER)

Proyectos de ERNC en ChileJunio 2012

Proyectos de ERNC en ChileJunio 2012

Costos de las ERNC

Prospección del recurso eólico

En Chile se estima el potencial de energía eólica en torno a los 40.000MW eléctricos brutos. Las áreas de mayor potencial han sidoidentificadas por el Ministerio de Energía y el Departamento deGeofísica de la Universidad de Chile y dadas a conocer a través delExplorador Eólico-Solar de Chile, disponible en www.minenergia.cl, queentrega un panorama general mediante un modelo de meso escala eimágenes satelitales.

El Ministerio de Energía, con el apoyo la de Agencia de Cooperacióninternacional Alemana GIZ, ha impulsado campañas de prospecciónpara caracterizar apropiadamente el recurso, en localidades de lasregiones de Tarapacá, Coquimbo y El Maule, asociadas al SistemaInterconectado Central (SIC) y de las regiones de Atacama yAntofagasta, asociadas al Sistema Interconectado del Norte Grande(SING).

Se han identificado 200.000 hectáreas de terrenos fiscales libres deactividades y servidumbres mineras, disponibles para proyectos eólicos.Destaca la zona de Taltal donde se podrían instalar 4.000 MW, dadaslas excepcionales características del recurso eólico.

Proyectos eólicos en operación

Potencial Biomasa para generacióneléctrica El potencial existente en Chile para la bioenergía ha sido estimado por diversos

estudios, principalmente encargados por la Comisión Nacional de Energía.

Potencial de Biomasa Forestal (CNE – GIZ, 2008): evalúa el potencial degeneración a partir de residuos de cosecha, raleos y podas del manejo forestal. Elpotencial técnicamente factible se estimó entre 310 y 470 MW.

Catastro de Residuos Madereros (CNE – GIZ – INFOR, 2007): Se compiló unabase nacional de información sobre las industrias generadoras de residuos,factibles de ser utilizados para la generación eléctrica.

Potencial de ERNC de Biomasa en Chile (UTFSM, 2008): Estudio que determina elpotencial de distintas fuentes de biomasa para la generación de electricidad.

Biomasa: Proyectos en operación

Potencial del biogas

El estudio CNE-GIZ arroja que el potencial debiogás se concentra entre la V Región y la XRegión, con un potencial técnico a desarrollarestimado en 400 MW, bajo restricciones dedisponibilidad y dispersión del recurso.

150 MW corresponden a reactores de riles, lodos ypurines ya existentes, además de la producción enrellenos sanitarios.

cifes.gob.cl

Costos de las ERNC

Marco Institucional: Ministerio de energía

El Ministerio de Energía, entidad creada porla Ley 20.402 y que entró a regir el 1 defebrero de 2010, es el órgano superior decolaboración del Presidente de la Repúblicaen las funciones de gobierno yadministración del sector energía.Su objetivo general es elaborar y coordinarlos planes, políticas y normas para el buenfuncionamiento y desarrollo del sector, velarpor su cumplimiento y asesorar al Gobiernoen todas aquellas materias relacionadascon la energía.Para los efectos de la competencia, lacitada Ley establece que el sector energíacomprende todas las actividades de estudio,exploración, explotación, generación,transmisión, transporte, importación yexportación, almacenamiento, distribución,consumo, uso eficiente, y cualquiera otra queconcierna a la electricidad, carbón, gas,petróleo.

Marco normativo

Ley 19.940 (Ley Corta I-2004)

Reguló el mercado de transmisión (servicio publico) El pago de peajes por transmisión ahora se reparte entre

los consumidores (incentivos) Se crea el panel de expertos, ente independiente y técnico

(generación de confianzas) La definición de peajes permitió a los clientes libres

negociar sus precios no necesariamente con distribuidorasde su zona (mayor competencia)

Abre el mercado a nuevos competidores Se les asegura ganancias a las transmisoras a cambio de

inversiones definidas por la CNE Libera de costos a generadores menores a 9MW (20MW) Se permite a los PMGD conectarse a las redes de MT

Estímulos a las ERNC

Ley 20.019 (Ley Corta II-2005)Su objetivo es incentivar la inversión en generación

definiendo sistema de licitacionesSe obligó a las distribuidoras a comprar bloques

de potencia para asegurar suministro.Obligó a las distribuidoras a licitar suministro

(largo plazo, max. 15 años) Ley N°20.018 (2005): Reserva 5% del mercado,

licitado por empresas distribuidoras para consumidoresregulados.

Reglamento N°244 (2008): procedimientos de conexióna red y definiciones.

Ley 20.257 ERNC Obliga a comercializadores, so pena de incurrir en un cargo, a

abastecer con ERNC un porcentaje de la energía que vendanvía contratos (cuota obligatoria).

Porcentaje comienza en 5% en año 2010 y se incrementahasta alcanzar un 10% en año 2024.

Ley 20.698 20% al año 2025.

DS 244 “Reglamento para Medios de Generación NoConvencionales Y Pequeños Medios de Generación”

Las disposiciones del presente reglamento se aplicarán a las empresas queposean medios de generación conectados y sincronizados a un sistema eléctrico y quese encuentren en alguna de las siguientes categorías:

Pequeños Medios de Generación Distribuidos “PMGD”: Medios de generación cuyosexcedentes de potencia sean menores o iguales a 9MW, conectados a instalaciones deuna empresa concesionaria de distribución, o a instalaciones de una empresa que posealíneas de distribución de energía eléctrica que utilicen bienes nacionales de uso público.

Pequeños Medios de Generación “PMG”: Medios de generación cuyos excedentes depotencia suministrables al sistema sean menores o iguales a 9MW, conectados ainstalaciones pertenecientes a un sistema troncal, de subtransmisión o adicional.

Medios de Generación No Convencionales “MGNC”: Medios de generación cuya fuentesea no convencional y sus excedentes de potencia suministrada al sistema sean inferiores a20MW. Esta categoría no es excluyente de las anteriores.

Los propietarios u operadores de los medios de generación tendrán derecho avender la energía que evacuen al sistema al costo marginal instantáneo, así comosus excedentes de potencia al precio de nudo de la potencia, debiendo participaren las transferencias de energía y potencia establecidas en la Ley.

Referencias

FMI, World Economic Outlook Database

CNE, www.cne.cl

SEC, www.sec.cl

IEA-OCDE

www.cern.gob.cl

www.corfo.cl

www.cdec-sic.cl

www.cdec-sing.cl

Leyes de la republica de Chile

ENERGÍASRENOVABLES NOCONVENCIONALES

Dr. Ing. Jorge Mendoza Baeza

Documents

2015 03 03 Energías Renovables v1