Experiencias en Chile

Oscar Núñez Mata

Profesor

Universidad de Costa Rica

Diciembre 2012

CONTENIDO

1. Mercado Eléctrico Chileno – Historia, Actualidad,

Desafíos –

2. El DIE de la FCFM – Universidad de Chile –

3. Microrredes – El Futuro de la Red Eléctrica?? –

I. MERCADO ELÉCTRICO CHILENO – HISTORIA --

1851: Telégrafo Santiago – Valparaíso (100km).

1883: Se ilumina Plaza de Armas en Santiago con lámparas

incandescentes.

1897: Primera central hidroeléctrica, 500kVA, en Lota, al sur.

1897: Compañía Eléctrica de Punta Arenas (Magallanes).

1899: Central Térmica

a Carbón Mapocho en Santiago.

PERIODO ANTERIOR A 1935

Desarrollo privado.

1904: Primera ordenanza eléctrica.

1925: Primera Ley General de Servicios Eléctricos.

1931: Segunda Ley (Regula 15% de utilidad).

1933: Crisis Mundial

(Se limita el desarrollo eléctrico).

1935-1940: Instituto de Ingenieros y CORFO

Desabastecimiento por la Crisis.

1939: Política eléctrica definida por CORFO, gracias a un

estudio del I.I.

1939-1942: Plan de acción inmediata

1945: Creación de ENDESA.

ENDESA desarrolla plan en 3 etapas:

1: Refuerzos regionales.

2: Interconexiones.

3: Grandes proyectos.

1969-1985: GRANDES PROYECTOS

Rapel – H- 350.

Bocamina – T – 100.

El Toro – H – 400.

Antuco – H – 300.

Colbún – H – 490 (Último desarrollo).

1985-1995: PRIVATIZACIÓN

Descentralización.

Desconcentración.

Privatización:

Capitalismo Popular.

Cías. Distribuidores Locales.

Generadoras privadas por cada planta.

Generación-Transmisión.

1995-2005: CONSOLIDACIÓN Y AJUSTES

Cambio Tecnológico.

Fuerte competencia y bajos precios.

Sobreoferta Sistema Norte Grande (SING).

Globalización y Reconcentración.

Desabastecimiento 1999.

Huelga inversiones de los actores privados por diferendo con el

gobierno: Sub oferta Sistema Central (SIC).

Crisis del Gas Argentino (2004).

1995-2005

Reacciones de la crisis del gas.

Desajuste Oferta-Demanda.

Riesgo racionamiento.

Inversión Carbón y Diesel.

Alza de Precios (Uno de los más altos de Latinoamérica).

SIC y SING

En el SIC: 500kV, 154kV, 110kV y 66 kV.

Deterioro de infraestructura

Manejo empresarial ineficiente

Altas tasas de crecimiento,

Tarifas elevadas, subsidios

Crisis política

económica

? Servicio

Pobre Restricciones financieras

Nueva Organización

de la Industria

CREACION DE MERCADO COMPETITIVO

MOTIVOS CREACIÓN MERCADOS COMPETITIVOS 1.1 Origen de los mercados eléctricos (I)

1. Introducción

Pérdidas T

Tiene validez

universal este

análisis?

1982 1987 1989

Chile Nueva-

Zelandia

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

Inglaterra

Unión

Europea

Noruega,

Australia

Argen-

tina

Perú

Colombia,

Bolivia

Centro

América

Unión Europea

mercado común ,

USA (FERC)

Suecia,

Finlandia,

Dinamarca

. . ...

2000

1.1 Origen de los mercados eléctricos (III)

1. Introducción

2005

Regulador

Nueva-

Zelandia

CRONOLOGÍA SISTEMAS COMPETITIVOS

1992

1994

1993

1991

1991

1999

>1992

1987

1996

1995

1994

1994 1995

1995

EU

1995 1989

1996

1995 1998

1982

Mercados con Estructuras

Competitivos Mercados Competitivos en

Desarrollo

Proposiciones Concretas de

Reestructuración

1.1 Origen de los mercados eléctricos (IV)

1. Introducción

PANORAMA MUNDIAL

Procesos de Toma de

Decisiones

Centralizadas

Toma de Decisiones por

Múltiples Agentes del Mercado

Sector Integrado

Verticalmente

Desintegración Vertical:

Generación, Transmisión,

Distribución

Areas de

Concesión

Cerradas

Acceso Libre de Redes

a Terceros

1. Introducción

1.1 Origen de los mercados eléctricos (VII) CAMBIO DE PARADIGMA

Paradigma: Direcciona el pensamiento y excluye cualquier protesta.

Generación

Transporte

Distribución

Integración Vertical

IPP

Competencia

Competencia

Broker

Oferta de Servicios

Broker

Consumidor

Generación

Transporte

Distribución

Desintegración Vertical

Consumidor Consumidor Consumidor

1. Introducción

1.1 Origen de los mercados eléctricos (VIII) DESINTEGRACIÓN VERTICAL

Presente

Costos

Areas Integradas Verticalmente

Minimización de Costos

Solución matemática clara

Cobertura de costos

Monopolio

Producto Uniforme

Precios Medios

Subsidios

Obligación de servicio

Futuro

Precios

Desintegración: Generación, Transporte, Distribución

Maximización de Beneficios

Estrategias de negocios diversas

Precio de mercado resultante de competencia

Competencia

Diversificación del producto

Precios flexibles, ofertas de corto plazo

Inexistencia de Subsidios

Desprendimiento económico de carga

1. Introducción

1.3 Tendencias a nivel internacional (VII) TENDENCIAS DEL SECTOR

• Mercado Diario/Intradiario

• Mercado Intradiario de

Servicios

Complementarios,

• Mercado de Contratos

Bilaterales,

• Mercado de Instrumentos

Financieros para la

Cobertura de Riesgos

• Mercado Minorista

Tipos de Mercado

Productos Eléctricos

• Potencia

• Energía

• Servicios Complementarios

Posibilitar la Existencia no

Discriminatoria de estos Mercados

Rol de los Sistemas de Transmisión

1.4 Productos y tipos de mercados (I)

1. Introducción

MODELOS DE MERCADOS

Control

De

Frecuencia

Operación

de la

Red

Medición

Administración

Servicios

Complementarios

Dispositivos de

compensación

Definición de niveles

de tensión

Reserva

de giro

Standby Arranque rápido

Standby Arranque lento

Provista por

generadores

Control

de

Voltaje

Compensación

de

Pérdidas

Reserva

de potencia de los

Generadores

Capacidad de

arranque en

Negro

• Potencia Reactiva

• Regulación de Frecuencia

• Reserva en Giro

• Reserva Operativa

• Reserva fría

• Capacidad de Almacenamiento

1.4 Productos y tipos de mercados (II)

1. Introducción

SERVICIOS COMPLEMENTARIOS

Consumo

horas

1P 2P ngP. . .

DP

• Pi: Potencia instalada MW

• ai: Costo de inversión + COYM $/MW

• bi: Costos de operación variable $/MWh

2.3 Modelo marginalista en el sector eléctrico (I)

2. Conceptos Económicos

TEORIA MARGINALISTA

Consumo

horas

1 1 1

Fun. Objetivo

NG NG NB

i i i ij j

i i j

Z a P b G N

jD

• Pi: Potencia instalada MW

• ai: Costo de inversión + COYM $/MW

• bi: Costos de operación variable $/MWh

jN

Inversión Operación

2.3 Modelo marginalista en el sector eléctrico (II)

2. Conceptos Económicos

TEORIA MARGINALISTA

RECAUDACIÓN TEORIA MARGINALISTA

1 1 1

NG NG NB

i ii ij j

i i j

Min Z a b NP G

1

1

Dmax

0

0,

NG

i

NG

i

ij

i ij

i i

j j

j

j

i

P

G

P G

P G

N D N

s.a: o

j

wVariables Duales

Inversión Operación Recaudación Teoría

Marginalista

1 1 1 1

* * * *Dmax i ij o j

NG NG NB NB

i i j j j

i i j j

a P Gb N D N

COSTO MARGINAL

COSTO MARGINAL: COSTO DE UN kW ADICIONAL.

ORGANIZACIÓN DEL MERCADO

INTERCAMBIOS

Mercado Eléctrico 2011-Generacion Bruta

SING Cap. Instalada: 4.344 MW

Demanda Max.: 2.162 MW

Generación : 15,9 TWh

G.Térmica: 100%

Población: 6%

SIC Cap. Instalada: 12.488 MW

Demanda Max.: 6.881 MW

Generación : 46,1 TWh

G. Hidro: 45% - 65%

Población: 92%

Aysén Cap. Instalada: 49 MW

D Max.: 20 MW

Generación: 134 GWh

Población: 1%

Magallanes Cap. Instalada: 89 MW

Demanda Máx.: 40 MW

Generación: 269 GWh

Población: 1%

H. Embalse 20,8% H. Pasada

Convencional 11,5%

Gas Natural 22,9%

Carbón 34,7%

Derivados 7,1%

Bioenergía 1,5%

Eólica 0,5%

Hídrica 0,9%

ERNC 2,9%

Título del gráfico

Total Generación Bruta: 62 TWh

Fuente: CNE, CDEC y CER

Potencia Instalada : 17 GW

Mercado Eléctrico– Precios SING-SIC

Fuente: CNE,CER

Mercado Eléctrico

Cuánta energía necesita… y ¿a qué costo?

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Generación Eléctrica vs PIB (per cápita)

PIB per cápita Generación Bruta (SIC)

Nota: Base 1993 = 100 / Fuente: Estadística de generación del CDEC – SIC y Base de datos del Banco Mundial

GENERACIÓN ELÉCTRICA Y PIB EN CHILE

RELACIÓN HISTÓRICA

ESTRATEGIA 2012-2030

Seis pilares fundamentales :

1. Eficiencia energética 2. Despegue de las energias renovables 3. Mayor preponderancia del recurso

hídrico 4. Carretera eléctrica publica 5. Asegurar mayor competitividad 6. Interconexión Regional

PROYECTO HIDROAYSEN: PATAGONIA CHILENA

HidroAysén es un polémico proyecto que contempla la construcción y

operación de cinco centrales hidroeléctricas, dos en el río Baker y tres

en el río Pascua, ubicadas en la región de Aysén, en el sur de Chile.

El complejo requiere una inversión de unos US$ 3.200 millones,

constituyéndose como el proyecto energético más importante que se

haya estudiado en ese país hasta la fecha.

Según la empresa responsable, al año 2020, el proyecto podría cubrir el

21% de la demanda del Sistema Interconectado Central (SIC).

La construcción del proyecto contempla una línea de transmisión que

transportará la energía desde la región de Aysén hasta Santiago, para

ser inyectada al SIC mediante una línea de corriente continua que

posee un tramo submarino entre las comunas de Chaitén y Puerto

Montt.

La administración de Hidroaysén está a cargo de una sociedad

anónima constituida por: ENDESA y Colbún S.A. (51% y 49%)

Ambas empresas pasarán a concentrar el 80% de la generación

eléctrica del país, estableciendo un duopolio del mercado de energía

eléctrica de Chile.

PROYECTO HIDROAYSÉN

ANTECEDENTES GENERALES

5 CENTRALES

POTENCIA INSTALADA

2.750 MW

ENERGÍA MEDIA ANUAL

18.430 GWh

BAKER 1 BAKER 2 PASCUA 1 PASCUA 2.1 PASCUA 2.2

PROYECTO HIDROAYSÉN

ANTECEDENTES GENERALES

CHILE

REGIÓN DE AYSÉN

CONFLICTOS SOCIALES

El proyecto fue aprobado el 9 de mayo de 2011 por autoridades del Gobierno de

Sebastián Piñera.

La decisión fue tomada por 11 consejeros, de los cuales 10 fueron votos a favor y sólo

1 fue abstención.

Dicha decisión fue repudiada por un elevado porcentaje de la ciudadanía chilena.

Diversas huelgas se desarrollaron en todo el país luego de conocerse la noticia.

Los principales detractores esperan iniciar acciones legales en contra del proyecto, y

han asegurado que se masificarán las protestas organizadas.

En abril de 2011, el proyecto HidroAysén ya contaba con un rechazo creciente del 61%

por parte de la ciudadanía, a pesar de la enorme campaña publicitaria que han realizado

los responsables para revertir.

El 4 de abril de 2012 la Corte Suprema de Chile falló a favor del proyecto de centrales

hidroeléctricas, desestimando los recursos presentados por grupos ambientalistas.

II. DEI – U DE CHILE

• La universidad se funda en 1842.

• El Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile fue creado en 1957

cuando la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas fundó, en conjunto con ENDESA, el

Instituto de Investigaciones y Ensayos Eléctricos (IIEE).

• Dicho Instituto quedó constituido, en ese entonces, por el Laboratorio de Alta Tensión, el

Laboratorio de Electrotecnia y el Laboratorio de Electrónica y Telecomunicaciones. Tres años

más tarde se agregaría el Laboratorio de Computadores y Control Automático.

• En 1965 el IIEE se transformó en el Departamento de Electricidad y en 1981, tomó su

nombre y estructura actual.

PROYECTOS Y ACTIVIDADES: CENTRO ENERGÍA

Se funda en 2009.

Desarrollar investigación en temas energéticos.

En él también participarán alumnos de pregrado, magíster y

doctorado.

Instituciones gestoras: El Centro de Modelamiento Matemático

; el Departamento de Ingeniería Eléctrica y el Instituto Milenio

Sistemas Complejos de Ingeniería.

PROYECTOS Y ACTIVIDADES: AUTO SOLAR EOLIAN 2006

Se construye el primer auto solar chileno.

29 alumnos (estudiantes de ingeniería y diseño industrial)

>200MM$ pesos chilenos (universidad, empresa y particulares)

Primer auto latinoamericano en competir : World Solar Challenge

14/23

PROYECTOS Y ACTIVIDADES EOLIAN 2010-2011

Nuevo equipo: 40 (estudiantes de ingeniería y diseño industrial)

Participación en Atacama Solar Challenge y World Solar Challenge

~230 MM$ (universidad, empresas, particulares)

Único auto solar latinoamericano participando en Australia

Chile: 2/2

Australia: 22/42

PROYECTOS Y ACTIVIDADES: 2011

Veolia World Solar Challenge.

3024 [km]

•Largo máximo: 5 metros.

•Altura mínima: 70 centímetros.

•Ancho máximo: 1.8 metros.

•Seguridad: baterías aisladas del piloto, barra antivuelco, doble sistema

•de freno, apagado de emergencia del sistema eléctrico, etc.

•Velocidad mínima: 50 [km/hr)

•Radio de giro mínimo: 8 metros.

PROYECTOS Y ACTIVIDADES: EOLIAN

PRUEBAS DE LABORATORIO

EMPLAZAMIENTO

• Grandes Unidades de Generación aportando

energía a las redes de transporte.

• Configuración de la red en una única dirección.

III. MICRORREDES

Situación actual de la red

SITUACIÓN ACTUAL

PROPÓSITOS

• Mejora en la administración de la red.

• Economías de escala.

Desarrollo de las Microrredes

Este proceso sólo se lo pueden permitir grandes consorcios energéticos mundiales, bajo una

estrecha relación con los gobiernos, y viceversa.

Las materias primas de las energías

fósiles y nucleares se encuentran

diseminadas por el planeta, concentradas

en el sub suelo: Carbón, uranio,

petróleo, gas natural.

Son transportadas por largos trayectos hasta los centros de

transformación y luego a los

consumidores.

Desacoplamiento de los espacios de:

Extracción-Transformación-

Consumo.

DEFENSORES DEL MODELO

Un movimiento está en marcha,

hacia Red Eléctrica:

• Más limpia.

• Más eficiente.

Un Nuevo Concepto de

distribución de Energía toma

forma:

• Pequeño.

• Localmente generado.

Microrredes:

• Es básicamente un Ecosistema

Eléctrico auto-contenido.

• Ideales para la integración de fuentes

renovables.

MICRORRED

• Una microrred es un sistema integrado de suministro de energía que consiste en cargas, fuentes

de generación distribuidas y equipos de almacenamiento que funcionando como un sistema

integrado pueden operar conectados al sistema eléctrico o de manera aislada.

• La generación existente en la microrred es capaz de suministrar energía a una parte significativa

de la demanda interna, incluso en situación aislada.

• La microrred posee control independiente y puede pasar a la situación de isla mediante una

interrupción mínima del servicio.

MICRORRED

Definición de Microrred

MICRORRED

Definición de Microrred de CERTS

• Concepto de Microrred de CERTS (Consortium for Electric

Reliability Technology Solutions de EE.UU.): Una agregación de

cargas y pequeñas fuentes generadoras operando como un único

sistema de potencia y calor .

•Recurso de Generación Distribuida (DER del inglés Distributed

Energy Resources), definido como pequeños generadores de

potencia emplazados en los mismos lugares de los usuarios finales,

donde la energía, tanto eléctrica como térmica, es consumida.

Comparadas con la red eléctrica tradicional las Microrredes

pueden traer muchos beneficios, dependen del punto de vista

que se analice:

• Según el sistema eléctrico: La toma como una sola entidad

controlada, la cual se combina con una interface a base de

electrónica de potencia, lo que la hace una entidad auto

suficiente, que incluye control, comunicaciones y protecciones

autónomas.

• Según los usuarios: El mayor beneficio es aumentar los niveles

de confiabilidad y seguridad.

• Desde el punto de vista ambiental: El aporte es reducir las

emisiones contaminantes, debido a que facilitan la introducción

de energía renovable.

VENTAJAS

DESAFIOS

Estabilidad: Carga ≈ Cap. Generadora y E.

Almacenada.

Generadores con poca inercia: Respuesta

dinámica lenta (Ante cambios de carga).

Diseño, ej.: CA vs. CD.

Coordinación de protecciones.

Operación junto a la Red.

Selección y control

fuentes de potencia: Off grid.

• Costos son significativos.

• Herramientas para Planificación Optima.

• Desarrollo de EMS (del inglés Energy

Management System) automáticos.

• Variabilidad presente de los recursos

renovables.

• Aspectos sociales necesitan ser

considerados, en especial Manejo de Carga

y O&M.

DESAFIOS

DESAFIOS

• Barreras regulatorias (Políticas, modelos de propiedad, nivel de tensión, legalidad, ambientales, territoriales, tarifas, interconexión, interacción con clientes/usuarios).

• Estrategias de control con gran cantidad de pequeñas y dispersas unidades de generación.

• Reacción ante condiciones anormales de la Compañía Eléctrica.

• Despacho económico.

• Arquitectura.

• Operación autónoma.

• Control de Potencia y Frecuencia.

• Caída de Potencia vs. Frecuencia.

• Operación inestable cuando fallen componentes almacenadores de energía.

• Alta relación Resistencia/Reactancia en sistemas bajo voltaje (Control de Voltaje y frecuencia no se puede separar).

• Análisis de Confiabilidad.

MICRORRED: ESTUDIO DE CASO

Descripción de la solución en Huatacondo, Desierto de Atacama.

MICRORRED: ESTUDIO DE CASO

MICRORRED: ESTUDIO DE CASO – OPERACIÓN --

La curva de color anaranjado identificada con la sigla Pd corresponde a la potencia

activa inyectada por el generador diesel.

Las curvas granate (Ps) y verde (Pi) corresponden a la potencia activa inyectada por la

planta fotovoltaica 1 y el inversor respectivamente. A partir de las curvas anteriores, se

obtiene la potencia consumida por el pueblo durante el período (curva color violeta

identificada por Pc.

MICRORRED: ESTUDIO DE CASO

MICRORRED: ESTUDIO DE CASO

MICRORRED: ESTUDIO DE CASO

MICRORRED: ESTUDIO DE CASO

MICRORRED: ESTUDIO DE CASO

RESULTADO: 24 HRS DE ELECTRICIDAD (Antes 8hrs)

GRACIAS!!!!