Renewables in Chile Grid Integration and Variability
Sustainable Energy Training for Latin America 10-14 November 2014
Santiago Chile
Carlos Suazo-Martínez Adviser
Renewable Energy Division Ministry of Energy
Imagen Referencial
Agenda
El Sector Eléctrico Chile
Agenda de Energía 2050
Energías Renovables en Chile
Desafíos de Integración
Discusión Final
Ministerio de Energía
SING: Capacidad Instalada: 4.344 MW Demanda punta: 2.243 MW Demanda Anual: 17,2 TWh Generación térmica: 99% Población: 6%
SIC: Capacidad Inst: 14.968 MW Demanda punta: 7.283 MW Demanda Anual: 50.2 TWh Generación Hidro: 35-65% Población: 92%
Aysén: Capacidad Instalada: 49 MW Demanda punta: 25 MW Demanda Anual: 155 GWh Población: 1%
Magallanes: Capacidad Instalada: 112 MW Demanda punta: 51.7 MW Demanda Anual: 291 GWh Población: 1%
El sector eléctrico chileno
46%
17%
27%
6% 4%
Carbon
GNL
Hidro
Renovables
Diesel
Generación SIC-SING año 2013 (68 TWh)
14%
61%
25%
0%
Eólica
Biomasa
Hidro
Solar
Ministerio de Energía
Principales sistemas eléctricos
Crucero220
Atacama220
Chacaya220
Escondida220
ElCobre220
Esperanza220
Paposo220
Cardones220 Cardones500
SING
SIC DAlmagro220
Situación actual:
Ministerio de Energía
Principales sistemas eléctricos
Crucero220
Atacama220
Chacaya220
Escondida220
ElCobre220
Esperanza220
Paposo220
Cardones220 Cardones500
DAlmagro220
Crucero220
Atacama220
Chacaya220
Escondida220
ElCobre220
Esperanza220
Paposo220
Cardones220 Cardones500
DAlmagro220
Taltal500
Ministerio de Energía
Realidad operativa es diferente en ambos sistemas (SIC y SING)
Sistema Interconectado Central (SIC)
Centrales hidráulicas:
Tiempos de partida: BAJO
Tiempos mínimo de operación: BAJO
Tasas de toma de carga: ALTO
Potencia mínima técnica: BAJO
Demanda: variabilidad horaria
Disponibilidad de embalses Mayor flexibilidad
Presencia de cuellos de botella podría limitar la flexibilidad
Importante variabilidad interanual
Diferencias entre SIC y SING
Ministerio de Energía
Realidad operativa es diferente en ambos sistemas (SIC y SING)
Sistema Interconectado Norte Grande Centrales turbo-vapor:
Tiempos de partida: ALTO
Tiempos mínimo de operación: ALTO
Tasas de toma de carga: BAJO
Potencia mínima técnica: ALTO
Demanda: alta variabilidad intra-horaria
Parque térmico Baja flexibilidad
Diferencias entre SIC y SING
Ministerio de Energía
El sector eléctrico chileno
Fuente: CDEC-SIC
Sector ha evidenciado una serie de situaciones que han estresado al sistema eléctrico. Fuertemente afectado por condiciones hidrológicas secas
Ministerio de Energía
El sector eléctrico chileno Fuertemente afectado por condiciones hidrológicas secas Decaimiento importante de la energía total embalsada en el SIC
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Ene
rgy
in r
ese
rvo
irs
[GW
h]
Ministerio de Energía
El sector eléctrico chileno Comportamiento de la señal de precio de corto plazo
0
50
100
150
200
250
300 1
2
5
49
7
3
97
1
21
1
45
1
69
1
93
2
17
2
41
2
65
2
89
3
13
3
37
3
61
3
85
4
09
4
33
4
57
4
81
5
05
5
29
5
53
5
77
6
01
6
25
6
49
6
73
6
97
7
21
Spo
t p
rice
[U
SD/M
Wh
]
Horas
Spot price Cardones 220 kV 24 per. Mov. Avg. (Spot price Cardones 220 kV)
Enero/2014: Cardones 220 kV
Ministerio de Energía
Agenda de Energía Un desafío país, progreso para todos
Ministerio de Energía
Agenda de Energía
Parte de las 50 medidas de los 100 primeros días de gobierno.
Diálogo interministerial y colaborativo con diversos actores: Sociales Políticos Parlamentarios Municipalidades Empresas ONGs Academia
Es necesario llevar a cabo un cambio de paradigma: un rol más activo del ESTADO.
Es una política de largo plazo: se impulsarán políticas y acciones para lograr avances sustanciales en los próximos diez años en los diversos ámbitos de esta transición energética
Lanzamiento Agenda de Energía – Mayo 2014
Ministerio de Energía
Agenda de Energía Disponer de energía es una condición necesaria para el crecimiento, desarrollo económico y
avanzar a una mayor inclusión social.
CONFIABLE SUSTENTABLE
INCLUSIVA DE PRECIOS RAZONABLES
Pilares
Ministerio de Energía
Agenda de Energía OBJETIVOS:
Reducir los costos marginales durante este período de Gobierno en un 30%.
Reducir los precios de las licitaciones de suministro eléctrico en un 20%.
Energías Renovables a un 20% al 2025.
Eficiencia energética: 20% al 2025
ENAP como actor protagónico del desarrollo eléctrico del país
Desarrollo de una Estrategia de Desarrollo Energético (2035 – 2050)
Ministerio de Energía
Agenda de Energía - Ejes
Energías renovables tienen un rol importante en el desarrollo futuro de nuestra matriz energética
Ministerio de Energía
Agenda de Energía - Ejes
Potenciar el desarrollo de energías renovables
Modificaciones en licitaciones de suministro para energías renovables
Diversificar el desarrollo de fuentes renovables
Desarrollo de energía geotérmica para el desarrollo local
Desarrollo de regiones aisladas
Desafíos de la calefacción y el uso de dendroenergéticos
03 DESARROLLO DE RECURSOS ENERGÉTICOS PROPIOS
Ministerio de Energía
Agenda de Energía
Integración de las Energías Renovables en los Sistemas Interconectados
Analizar implicancias operacionales y económicas de las energías renovables sobre los sistemas eléctricos, con el fin de generar evidencia
para la definición de la política energética nacional.
Energías Renovables en Chile
Ministerio de Energía
Potencial de Energías Renovables
Potencial de Energías Renovables es 100 veces mayor a la potencia de
generación actualmente instalada
Solamente considera potencial con alto factor de planta (Eólico: ≥ 30%, PV fijo: ≥ 24%, CSP: >50% (incl. 7,5hrs. almacenamiento), Hidroeléctrico: ≥ 50%)
Excluye zonas protegidas, centros urbanos y poblados, caminos, cuerpos de agua, etc.
Considera limitaciones geográficas especificas para cada tecnología (como altitud, pendiente, etc.)
Ministerio de Energía
Energías Renovables y Política Energética El desarrollo de las energías renovables no es un objetivo en si mismo, sino un instrumento para el logro de los objetivos superiores de la política energética:
Modularidad y tamaños menores disminuyen barreras de entrada a mercados.
¿¿ Costos competitivos ??
Bajos impactos locales Impactos reversibles Bajas emisiones CO2 Bajo impacto sobre otras
actividades económicas
Disminuyen dependencia externa
Diversificación de suministro
Distribución geográfica Costos de generación
estables
Eficiencia
Sustentabilidad Seguridad
Ministerio de Energía
Energías Renovables y Política Energética Ya están las condiciones para el desarrollo de las Energías Renovables en Chile:
Mercado eléctrico pequeño +
Potencial elevado aún sin desarrollar +
Consolidación tecnológica de las energías renovables +
Aumento de precios de la energía
En Chile existen condiciones para el desarrollo de una cartera amplia de proyectos de energías renovables viables
sin subsidios.
Ministerio de Energía
Energías Renovables: Instrumentos regulatorios
Ley Corta I – Ley 19.440 (2004)
Decreto 244 (2006) Incentivos para pequeños generadores (<9 MW)
Ley 10%/2024 – Ley 20.257 (2008)
Sistema RPS: 10% de Energías Renovables al 2024
Ley 20%/2025 – Ley 20.698 (2013)
Sistema RPS: 20% de Energías Renovables al 2025
Ley Netmetering – Ley 20.571 (2013)
Netmetering hasta 100 kW
Ministerio de Energía
Estado de desarrollo de Energías Renovables
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Biomasa Biogás Eólica Minihidro PV CSP Geotermia
En evaluación 40 8 2197 199 2591 0 0
EIA Aprobada 94 1 5195 299 7811 760 120
Construcción 0 0 160 129 456 110 0
Operación 461 43 737 343 219 0 0
Cap
acid
ad in
stal
ada
[MW
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
2010 2011 2012 2013 2014
Nu
eva
cap
acid
ad [
MW
]
Biogas
Biomasa
Eólica
Hidro
Solar
Fuente: CIFES Octubre 2014
Ministerio de Energía
Energías Renovables: ¿Implicancias?
Expansión de ERNC en los sistemas interconectados en Chile
Objetivo: Disponer de antecedentes objetivos sobre la viabilidad y el beneficio del desarrollo de las energías renovables, para apoyar la toma de decisiones en política energética
Con información y datos de:
Ministerio de Energía
Fase 1: planificación
1-2 meses
Fase 2: visión
1-2 meses
Fase 3: desarrollo de hoja de ruta
2-6 meses 2-8 meses
Fase 4: implementación, monitoreo y revisión
Recurrente
Energías Renovables: ¿Implicancias?
Juicio experto y consenso
Data y análisis
Establecer un Comité Directivo Determinar alcance Seleccionar stakeholders y expertos
Llevar a cabo un workshop para establecer visiones e identificar objetivos de largo plazo
Llevar a cabo workshops para identificar barrera y priorizar la necesidad de tecnologías, políticas y plazos
Llevar a cabo workshops para reevaluar prioridades y plazos en vista del progreso y las nuevas tendencias. Actualizar la hoja de ruta
Obtener datos económicos, ambientales y energéticos para llevar a cabo investigación de línea base
Analizar escenarios futuros para el sector energía y el medio ambiente
Evaluar la potencial contribución al futuro energético y a los objetivos económicos y ambientales
Revisar cambios energéticos y ambientales, como también en factores económicos a medida que la hoja de ruta es implementada
Desarrollar documento de hoja de ruta
Llevar a cabo revisión y consulta cíclica con principales stakeholders
Redefinir y lanzar la hoja de ruta
Proceso MESA ERNC – Energía 2050:
Fuente: IEA 2014
Ministerio de Energía
Energías Renovables: ¿Implicancias? Análisis imparcial del desarrollo de los sistemas interconectados en los
próximos 20 años.
Identificación, cuantificación y caracterización de los recursos renovables
Planificación de expansión optima de generación y transmisión bajo criterio de mínimo costo para el sistema y análisis de riesgo (p.ej. precio de gas)
Investigación de la viabilidad técnico-económica de un sistema con alta penetración de energías renovables al año 2020.
Con atención especial a las energías intermitentes (solar PV y eólico)
Ministerio de Energía
Energías Renovables: ¿Implicancias?
Relevancia en los datos utilizados:
Consideración de diversos escenarios de costos tecnológico y combustibles
Estudios geofísicos y meteorológicos para obtener data de perfiles renovables (correlación con mediciones reales en sitios)
Caracterización al detalle de aspectos operativos de ambos sistemas.
Ministerio de Energía
Energías Renovables: ¿Implicancias? Característica hidrotérmica hace más complejos los análisis
Planificación de Expansión
Coordinación Hidrotérmica (1)
Coordinación Hidrotérmica (2)
Operación horaria
Escenarios plausibles de penetración renovable
Uso óptimo del agua en largo plazo. Fenómenos intranuales.
Uso óptimo del agua en mediano plazo. Fenómenos intramensuales
Determinación de impactos operativos Fenómenos horarios.
Ministerio de Energía
Energías Renovables: ¿Implicancias? Dificultad de definir una hoja de ruta para el desarrollo energético de Chile:
0
2000
4000
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14000
Cap
acid
ad in
stal
ada
(MW
)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Cap
acid
ad in
stal
da
(MW
)
Capacidad instalada adicional requerida [MW]
Año 2025 Año 2030
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
2020 2025 2030
Par
tici
pac
ión
ER
NC
Participación de Energías Renovables en Chile
Ministerio de Energía
Energías Renovables: ¿Implicancias? Hasta 2020 en el SIC+SING 7.500 MW de energía eólica y solar son
técnicamente viables
Ejemplo de un despacho en 2020: Una semana de inverno con alta participación ERNC
24 48 72 96 120 144 1680
1000
2000
3000
4000Despachos Semana 29 2020: 16-Jul a 22-Jul
Recorte EF
Eólico
Fotovoltaico
CSP
Diesel
Fuel-Oil-No.6
GNL-CCTV
GNL-TG
Carbón
Geotermia
Hidro
24 48 72 96 120 144 1680
1000
2000
3000
4000
Demanda
Eol+CSP+Ftv
Eólico
Fotovoltaico
CSP
24 48 72 96 120 144 1680
1000
2000
3000
4000Despachos Semana 29 2020: 16-Jul a 22-Jul
Recorte EF
Eólico
Fotovoltaico
CSP
Diesel
Fuel-Oil-No.6
GNL-CCTV
GNL-TG
Carbón
Geotermia
Hidro
24 48 72 96 120 144 1680
1000
2000
3000
4000
Demanda
Eol+CSP+Ftv
Eólico
Fotovoltaico
CSP
Con restricciones V14
Sin restricciones
Perfiles
MW
horas
La suficiencia es aceptable sin requerir respaldo adicional. La expansión de ERNC permite una operación confiable bajo los supuestos siguientes: Criterios de reserva: dinámicos según generación ERNC pronosticada Medidas incorporadas (ejemplos):
Control Automático de Generación (AGC), pronóstico de generación ERNC conjunta e integrada, No desconexión en caso de falla (“fault ride through”), Opción de recorte de generación ERNC
Equipamiento correctivo: p.ej. Statcom, opcionalmente sistemas de baterías o centrales de bombeo
Ministerio de Energía
Energías Renovables: Recomendaciones
Aumentar la flexibilidad del sistema a través de una participación activa y coordinada del parque generador en la regulación del sistema
Implementación de pronósticos integrales y coordinados de generación eólica y fotovoltaica.
Cambios en la operación y reservas: AGC y reserva distribuida con participación mayoritaria de las unidades. Monto y asignación de reserva secundaria dinámica.
Mejoramiento de tecnología de comunicaciones, control e inteligencia computacional desde la planificación a la operación en tiempo real.
Mercado eficiente de servicios complementarios.
Ministerio de Energía
Reflexiones finales
Ministerio de Energía
Discusión final
Chile tiene un potencial de por lo menos 1.865 GW de energía eólica, solar e hidroeléctrica.
En los niveles explorados, una alta participación de energías renovables en el SING y SIC es económicamente eficiente.
Hasta 2020 en el SIC+SING 7.500 MW de energía eólica y solar son técnicamente viables
Con algunas adecuaciones normativas y técnicas se alcanza una operación confiable.
Se cuenta con nuevos antecedentes para apoyar la política energética. El conjunto de trabajos conforma un análisis objetivo e integral y más profundo en este ámbito en Chile.
Ministerio de Energía
Discusión final
Además de confirmarse las características inmejorables de la radiación solar en el norte de Chile, se identifican zonas con potencial interesante para desarrollo eólico con factores de planta sobre 35%.
El SING podría desarrollarse sin requerir de nueva capacidad de generación convencional.
Variabilidad de generación eólica y fotovoltaica causan un menor uso de de gas, sin requerir aumento en capacidad de regasificación (no hay necesidad de nuevos terminales al 2020).
Número de encendidos de unidades a gas crece considerablemente (4-5 por semana), pero siempre bajo los máximos aceptables a nivel internacional.
La interconexión SIC-SING mejora la estabilidad de los precios, pero no tiene incidencia significativa en el costo esperado de largo plazo.
Ministerio de Energía
Discusión final
Fuente: NREL 2014
Recorte RE Estratégico
Despacho sub-horario
Pronóstico RE
Código de red
OPERACIÓN DE SISTEMA
Co-optimización
Desprender carga (EDAC)
Liquidez Servicios Complementarios
Mejorar diseño mercado
Respuesta residencial
Respuesta comercial e industrial
MERCADO DEMANDA
Rampa carbón
Rampa Gas y CCGT
Rampa hidro
GENERACIÓN
Expansión Transmisión
Refuerzo Transmisión
Manejo avanzado
Transmisión
TRANSMISIÓN
Almacenamiento químico
Centrales bombeo
Almacenamiento térmico
STORAGE
Tipo de intervención
Co
sto
s
Los costos dependen del sistema y evolucionan en el tiempo
Ministerio de Energía
Discusión final
Fuente: NREL 2014
Despacho sub-horario
Pronóstico RE
Código de red
OPERACIÓN DE SISTEMA
Co-optimización
Desprender carga (EDAC)
Liquidez Servicios Complementarios
Mejorar diseño mercado
Respuesta residencial
Respuesta comercial e industrial
MERCADO CARGA
Rampa carbón
Rampa Gas y CCGT
Rampa hidro
FLEXIBILIDAD GENERACIÓN
Expansión Transmisión
Refuerzo Transmisión
Manejo avanzado
Transmisión
TRANSMISIÓN
Almacenamiento químico
Centrales bombeo
Almacenamiento térmico
STORAGE
Tipo de intervención
Co
sto
s
Los costos dependen del sistema y evolucionan en el tiempo
Recorte RE Estratégico
Renewables in Chile Grid Integration and Variability
Carlos Suazo-Martínez Adviser
Renewable Energy Division Ministry of Energy
Sustainable Energy Training for Latin America 10-14 November 2014
Santiago Chile