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Programa CREG-ALURESEGURIDAD Y SUFICIENCIA EN EL SUMINISTRO DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA
Suficiencia: Abastecimiento de la demanda de punta- La Experiencia Brasileña -
Luiz Augusto Barroso [email protected]
(Mercados de Energía/PSRI - Brasil)
Santiago, Chile - 25-28 de Marzo de 2002Mercados de Energia Ltda
MERCADOS
Tópicos
zSistema Brasileño - Visión GeneralzSuministro de punta - análisis históricozSuministro de punta - análisis actualz Los Problemasz Las PropuestaszEl pago por capacidadzConclusiones
2
Sistema Brasileño
ONS - 1999 -0131
INT
ER
LI G
AÇ
ÃO
NO
RT
E-S
UL
Surface area: continental USA plus 1/2 Alaska
Amazon forest = 50% continental USA
170 million inhabitants
Installed capacity: 70,000 MW
Production: 342 TWh
transmission lines > 230kV: 64 thousand km
transforming capacity > 230 kV: 141 thousand MVA
Características
z 92% hidroz grandes embalses y plantas en cascadaz restricciones estructurales de transmisiónz interconexiones internacionalesz entrada del gas natural
Características
3
Visión General - Demanda (1)
z Mercado brasileño tiene tamanho similar a Itália o UK, pero con una mayor tasa de crescimiento.
Tamaño del Mercado x Crescimiento
Argentina
Bolivia
Brazil
Canada
Chile
FranceItalyPeru Spain
Un. Kingdom Germany0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
14.0%
- 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Energy Consumption (000 GWh)
Ene
rgy
Sal
es G
row
th (9
0's)
Visión General - Demanda (2)
40%
19%
9% 8% 7% 4% 2% 2%
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%45%
Bra
zil
Mex
ico
Ven
ezue
la
Arg
enti
na
Col
ombi
a
Chi
le
Port
oR
ico
Peru
Brasil en el Mercado Latino Americano
4
Mercado y Carga Própia (año 2000)
Carga Própia
SistemaMercado (GWh)
Pérdidas (%)
Energia (MW
médio)Punta (MW)
Fator de Carga (%)
Norte 19.003 15% 2.540 2.971 85,5Nordeste 41.227 19% 5.814 7.948 73,2SE/CO 188.408 16% 25.536 35.690 71,5Sul 52.252 12% 6.748 10.112 66,7Total 300.891 40.638 56.721
Planificación de la Expansión y Suministro de Punta (Análisis Histórico)
Expansión del sistema hidroeléctrico Brasileño:
z basada en la capacidad de suministro a la demanda de energía
z necesidades de acréscimos dimensionadas en función de la capacidad de geración de energia y un critério de confiabilidad de suministro
z La motorización resultante del suministro de energia permite también suministrar la demanda de punta
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Suministro al mercado(Ejemplo - caso hidroeléctrico)
0,7
1
t
Curva de carga
Factor de Carga
Planta Hidro: Factor de capacidad típico en Brasil = 50%0,5
1,4Potencia Hidro instalada: 1,4
Reserva Total
%
1,25Reserva Requerida = 25% (Histórica)
Suministro al mercado
z Las plantas hidro modulan el suministro de punta => pueden facilmente transferir energía entre los bloques de demanda (capacidad de los embalses)
z Consecuencia comercial: sistemas con predominancia de generación hidroeléctrica, como el brasileño, presentan una pequeña volatilidad de corto plazo en los precios de energía (debido a la capacidad de modulación de las hidro), llevando a una igualdad de los precios en los bloques de demanda
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Suministro al mercado
z Sist. hidrotérmicos: los “déficits” de demanda y energía tienen naturalezas distintas:
y “Déficits” de energía: insuficiencia de agua causada por inversión inadecuada o debido a un evento extremo (sequía)
y “Déficits” de potencia (punta): indisponibilidades forzadas, programadas y pérdidas por deplecionamento (reducción de la altura de caída disponible), insuficiente transmisión o inversión inadecuada en capacidad instalada
Suministro de Punta - Análisis
Capacidad de Atendimiento de Punta - Análisis de pérdidas por deplecionamientoUHE Tucuruí I (Pot: 4200 MW)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Jan-3
1
Jan-3
4
Jan-3
7
Jan-4
0
Jan-4
3
Jan-4
6
Jan-4
9
Jan-5
2
Jan-5
5
Jan-5
8
Jan-6
1
Jan-6
4
Jan-6
7
Jan-7
0
Jan-7
3
Jan-7
6
Jan-7
9
Jan-8
2
Jan-8
5
Jan-8
8
Jan-9
1
Jan-9
4
MW
Pérdida de potencia de 1700 MW (~40% de la potencia instalada de 4200 MW)
7
Suministro de Punta - Análisis
Capacidad de Atendimiento de Punta - Análisis de pérdidas por deplecionamientoUHE Tucuruí I (Pot: 4200 MW)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Jan-3
1
Jan-3
4
Jan-3
7
Jan-4
0
Jan-4
3
Jan-4
6
Jan-4
9
Jan-5
2
Jan-5
5
Jan-5
8
Jan-6
1
Jan-6
4
Jan-6
7
Jan-7
0
Jan-7
3
Jan-7
6
Jan-7
9
Jan-8
2
Jan-8
5
Jan-8
8
Jan-9
1
Jan-9
4
MW
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
% V
ol.
Max
imo
Punta minima ~ menor altura de caída
Suministro de Punta - Hoy
z Hasta hoy, las necesidades de punta eram atendidas “automacticamente” por la expansión del sistema hidroeléctrico: la capacidad instalada en este tipo de planta permite suministrar a la modulación del consumo
z Además, la tarifa industrial en las horas de punta eram altas => disminución del consumo de punta
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Suministro de Punta - Hoy
Sin enbargo, este cuadro de facilidad puede cambiar en los próximos años con la restructuración del sector:
z Entrada de plantas térmicas con altos factores de generación obligatoria (“Take or Pay”) => disminuye la capacidad de modulación
z Entrada de Interconexiones Eletricas entre sistemas (ej. N-SE, SE-NE) => proporcionan gaños de energía
z Proceso de racionalización de las tarifas puede llevar a un aumento de la demanda “reprimida” en las horas de punta
Suministro de Punta - Evaluación
z Estudio actual (2002) realizado por el Comité de Revitalización del Sector eléctrico Brasileño, coordinado por el BNDES/MME/MF y con participación de PSRI.
z Objetivo: evaluar la capacidad de suministro de punta y reserva en el medio-largo plazo (hasta 2010)
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Suministro de Punta - Evaluación
zMetodología de Evaluación: escenarios de demanda e oferta hasta el año 2010
z escenario de demanda basado en:y (a) proyección del PIB; (b) hipótesis de crescimiento sectorial,
coeficientes de elasticidade, etc; (c) ajuste para el efecto delracionamiento
z escenario de oferta:yproducido según el ajuste de las fechas de entrada de las
plantas candidatas, con el objetivo de equilibrar oferta de energía asegurada y demanda.
Suministro de Punta - Evaluación
Escenario de Oferta:
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
MW
méd
io
Dem 35707 43398 45385 47720 50643 53105 55933 58734 62110 65924
EA 42989 46580 50481 51039 51628 53358 55219 59545 61883 65424
7282 3183 5097 3319 984 253 -714 811 -228 -500
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Balance Oferta x Demanda(Brasil)
10
Suministro de Punta - Evaluación
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Hidro Brasil 87% 83% 79% 80% 80% 80% 79% 74% 72% 70%
Térmica Brasil 11% 14% 17% 16% 16% 17% 18% 23% 25% 27%
Importação Brasil 2% 3% 4% 4% 4% 4% 4% 3% 3% 3%
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Participación Hidro-Térmica en el sistema:
Suministro de Punta - Evaluación
z penetración de generación térmica en el “mix” del parque generador: alrededor de 30% en 2010.
z casi toda esta generación térmica es de ciclo combinado/gas natural, que tipicamente está despachada en la base, en función de los contratos “take or pay” de suministro de gas.
z la proporción térmica que puede modular la punta es reducida; sigue concentrada en las hidreléctricas.
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Suministro al mercado(Ejemplo - caso termico)
0,7
1
t
Curva de carga
Fator de Carga
Planta Hidro: Fcapacidad Típico en Brasil = 50%0,5
DÈFICIT !
%
Planta Térmica: FC Max = 92%0,92
0,76Potencia Termica instalada
Las centrales termicas son dimensionadas para la energía y no “traen” punta!
Suministro de Punta - Evaluación
Características de la reserva de punta:
z Dependiente de los niveles de los embalses del sistema
z Critério sencillo para evaluar las condiciones de suministro de punta: adoptar un porcentaje ideal sobre la demanda de punta que represente la reserva requerida por el sistema
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Suministro de Punta - Evaluación
Reserva debe cubrir:
z Indisponibilidad por mantenimiento y parada forzada (10-12%)
z Regulación primária y secundária debido a variaciones horárias en la carga (4-5%)
z Pérdida de potencia debido al “deplecionamento” de los embalses (10-15%)
z Franja razonable de reserva: 25-30%
Suministro de Punta - Evaluación
Evaluación Sencilla:
z demanda de punta del sistemaz reserva ideal (cerca de 25% de la demanda de punta)z capacidad de punta nominal (sin considerar el efecto
del “deplecionamento” de los embalses)z capacidad de punta del sistema “deplecionado”
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Suministro de Punta - Evaluación
Si la capacidad de punta es adecuada, debe se esperar que:
a) punta nominal > demanda + reserva (25%)
b) punta deplecionada > punta real
Suministro de Punta - Evaluación (Resultado)
Balance Potencia x Demanda de Punta:
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
110000
120000
130000
Jul-0
1
Jan-
02
Jul-0
2
Jan-
03
Jul-0
3
Jan-
04
Jul-0
4
Jan-
05
Jul-0
5
Jan-
06
Jul-0
6
Jan-
07
Jul-0
7
Jan-
08
Jul-0
8
Jan-
09
Jul-0
9
Jan-
10
Jul-1
0
Jan-
11
Jul-1
1
Reserva Otima Demanda
Ponta Mínima Ponta Máxima
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Suministro de Punta - Evaluación
z Actualmente no existe ningún incentivo comercial para mantenerse un margen adecuado de reserva en el sistema
z Si estas reservas no fueren adecuadas, el sistema puede ficar vulnerable a partir del año 2005 en los periodos de demanda maxima
Falta de Incentivos Comerciales- Analisis de los precios de energía -
Debido a la modulación de las hidros, practicamente no hay diferencias entre
los precios de energia en los bloques de demanda:Precios de Energia Historicos en Brasil
Región Sudeste
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Sep-00 Oct-00 Nov-00 Dec-00 Jan-01 Feb-01 Mar-01 Apr-01 May-01 Jun-01 ... Sep-01 Oct-01 Nov-01 Dec-01
R$/
MW
h
Punta Media Valle
período de racionamiento
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Falta de Incentivos ComercialesMecanismo de Reubicación de Energía (MRE)
z En Brasil, el despacho optimo puede hacer con que una planta hidroeléctrica quede meses generando una fracción de su producción média
z Esto no ocurre con el parque hidroeléctrico como un todo (sistema 90% hidro ⇒ generación hidro total relativamente estable)
⇒ Mecanismo de reducción de riesgo basado en la partición de la producción hidroeléctrica total –Mecanismo de Reubicación de Energia – MRE
Funcionamiento del MRE
z Cada usina hidrelétrica posee un valor llamado Energía Asegurada
z En cada momento, se reparte la energía producida por el conjunto de todas las plantas hidroeléctricas entre ellas, proporcionalmente as las respectivas energías aseguradas
z cada planta recibe un crédito de generación dado por el producto de la generación total por su factor de participación en la “empresa” total
MRE
Créditos de generación (MWh)
generación física (MWh)
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MRE: Características de la Energía Asegurada
z Es el factor de repartición de la producción hidroeléctricaz Es el “lastro” de las usinas hidroeléctricas para efectos
de contrataciónz Calculada para todas las usinas hidroeléctricasz Critério de cálculo establecido por ANEELz Revisión periódica, dentro de límites
MRE: puntos positivos
z reduce la volatilidad de los ingresos de la planta hidro.z permite el uso óptimo de los recursos del sistema (por
ejemplo, mantener un embalse lleno por seguridad) sin afectar el flujo de caja del propietario.
z "traduce" la contribución de cualquier activo hidro en una misma base, lo que facilita la evaluación económica de las empresas, la licitación para la construcción de nuevas plantas hidroeléctricas y la competencia por contratos
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MRE: problemas
zDefinición de las energías aseguradas
zFalta de incentivos a inversiones en eficiencia
zFalta de incentivos a inversiones en potencia adicional (los benefícios son repartidos com los otros agentes)
Atendimento de Punta - Propuestas
z atribución de los benefícios de capacidad de punta a los agentes que de hecho hicieron la inversión (ej: limitación de los créditos de energía MRE basados en su potencia disponíble)
z investigar la posibilidad de contratación de potencia adicional
z monitorear el respaldo físico de los contratos en la hora de punta
z contratación de generación de reserva (“reserva fría”)
z análisis de la impantación de pagos por capacidad
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Encargo por capacidad (EC)
z Pago hecho por las demandas a los generadores com el objetivo de estimular la instalación de capacidad necesária para el suministro de la demanda de punta y proveer la reserva necesaria para la operación segura del sistema eléctrico
Encargo por capacidad (EC)
En princípio hay dos formas de remunerar la capacidad disponible por
los generadores:
1) Generador recibe el precio spot. Problema: volatilidad indeseable en la remuneración de los equipos de reserva
2) EC - “anticipo” del promedio del pago “spot” poco frecuente y muy concentrado. El ingreso de los escenarios de interrupción se distribuye a lo largo del tiempo aumentando el precio “spot” en cada período en un valor conocido como cargo por capacidad.
etapas
$/MWh
t
cargo por capacidad
Pr
ec
io
“s
po
t”
etapas
$/MWh
t
interrupción del suministro
Pr
ec
io
“s
po
t”
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el tema es controverso, mismo a nivel internacional
zpuntos positivos
y sin EC, no habría estímulo a la reserva - no hay forma de contratación bilateral
y “Suaviza” los ingresos de Gy La mayoría de los países lo
tieney Es necesario - fiabilidade es
un “bien en comum”y Hay un problema económico
a ser resueltoy Generadores - “reacción de
amor”
z puntos negativos
y El precio spot remunera perfectamente la reserva cuando hay cortes de carga
y Distorce la señal del precio spoty Pero muchos no tieneny Es un residuo de la planificación
centralizaday El problema es financieiro (flujo
de caixa)y Distribuidores - “reacción de odio”
Opciones metodológicas
z Dejar el mercado decidir (e.j. Califórnia)z Definir un porcentaje mínimo de reserva a ser contratado
de forma mandatória pela demanda, en carácter bilateral (e.j. PJM)
z El operador define um nivel deseado de reserva y realiza licitaciones competitivas (e.j. Bolívia)
z Fijar una señala de precio de capacidad y inducir los agentes a instalar niveles adecuados:z Valor calculado para remunerar la capacidad en el largo plazo, para uma
certa tecnología de referenciaz Valor calculado como función de las condiciones de fiabilidade del
sistema - menos confiable, mayor el precio de la reserva
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z De todas las opciones existentes, se optó por calcular el EC basado na fiabilidade del sistema elétrico, por ser la alternativa más adecuada a los objetivos propuestosz Menos confiable - mayor o ECz Más confiable - menor o EC
z Se procura dar las señalas de mercado adecuadasz Para los agentes expandirem el sistema
z Para los agentes mantenerem sus plantas disponibles el las horas que son más necesarias
Opción por la metodología LOLP x VLL
z El cálculo del Encargo está basado em dos parâmetros:z Probabilidad de pérdida de carga - LOLPz Disposición a pagar de los consumidores para evitar el corte -
expresa como VLL
z Generadores disponibles y despachados: el EC, a cada periodo, será el producto LOLP x (VLL - CMO) x Capacidad (ajuste en el precio “spot”)
z Generadores disponibles y no despachados: el EC, a cada periodo, será el producto LOLP x (VLL - CO) x Capacidad (pago por las demandas en separado)
z Ventaja: consumidores y generadores 100% contratados están protegidos de la volatilidad del EC
Opción por la metodología LOLP x VLL
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z La LOLP es calculada atraves de simulacciones estadísticas para inúmeros escenarios de oferta y demanda
z Es determinada por sub-mercado y para cada período; y así son determinados valores “firmes” válidos para el próximo año
z Pérdida por deplecionamento en los enbalses afecta la potencia disponible
z Este factor es considerado en el cálculo de la LOLP con la simulacción de escenários hidrológicos
LOLP - Simulación y modelos estadísticos
z El Costo de Interrupción - VLL - es un parámetro que procura reflejar la disposición a pagar de los clientes para evitar un corte de energía
z ANEEL está revisando este valor; estudios deben estar concluídos en un año.
Costo de Interupción
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z En princípio, toda la capacidad disponible del sistema, contractada o no, tiene el derecho al Encargo de Capacidad
z Toda la demanda, contractada o no, debe pagar el Encargo de Capacidade
z Hay porém várias formas de realizar estes pagos / recebimientosy Directamente através del Mercado, y recuperado por Encargos de
Servicios del Sistema (ESS)y Ajuste en los precios “spot”: los generadores despachados recibem
indirectamente el EC y los no despachados, directamente
Quién paga y quién recibe el EC
z Pago del EC distinto entre los generadores despachados y no despachados (esquema inglés)
z EC calculado por una simulación “ex-ante” para el próximo año (y no para el día siguiente como en UK)
z Generadores despachados: ajuste en el precio de MAEz Generadores no despachados: reciben directamente un
encargoz Ventajas: el ajuste del precio “spot” podría diferenciar los
precios en los bloques de demanda (que son muy parecidos) => estimulo a la contratación de curvas de carga moduladas (señala para instalación de equipos de punta)
Caso de Brasil - Propuesta Preliminar
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Conclusiones
z Sistema Brasileño: Expansión del sistema historicamente voltada para la energía
z cuadro actual: posibilidad de problemas en el suministro de punta del sistema a partir de 2005. Razones:
y entrada de plantas ciclo combinado gas natural, que contribuen menos para la capacidad de suministro de punta
y falta de incentivos a la instalación de capacidad adicional de punta en las plantas hidroeléctricas, debido a la “socialización” del MRE
z Propuestas en análisis: pagos por capacidad, atribución de los benefícios de capacidad de punta a los agentes que de hecho hicieron la inversión, contractación de generación de reserva, monitorear el respaldo de los contratos.
