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Viceministerio de Desarrollo Energético. Viceministerio de Electricidad y Energías Alternativas - PDF
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2 Viceministerio de Desarrollo Energético Viceministerio de Electricidad y Energías Alternativas 2
5 1. RESUMEN EJECUTIVO PLAN DE EXPANSIÓN DEL SIN PARA EL PERIODO El Ministerio de Hidrocarburos y Energía, a través del Viceministerio de Desarrollo Energético y el Viceministerio de Electricidad y Energías Alternativas, han establecido los lineamientos de la Política Energética Nacional. Así, el Plan Optimo de Expansión del Sistema Interconectado Nacional (POES), forma parte de la planificación del sector energético y se constituye en un instrumento para garantizar la seguridad y universalización energética para el abastecimiento del mercado interno y por otra, la diversificación de la matriz energética, mediante el logro de objetivos como el aprovechamiento racional y eficiente de los recursos naturales energéticos, desarrollo de infraestructura y logística; y desarrollo el potencial hidroeléctrico del país. El Plan ha sido coordinado y revisado con la participación de las instituciones que conforman la Comisión de Desarrollo Energético creada con Resolución Ministerial N de 21 de octubre de Las Instituciones de la CDE son: Viceministerio de Desarrollo Energético Viceministerio de Electricidad y Energías Alternativas Autoridad de Fiscalización y Control Social Empresa Nacional de Electricidad Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos Agencia Nacional de Hidrocarburos Viceministerio de Exploración y Explotación de Hidrocarburos Comité Nacional de Despacho de Carga El Plan Óptimo de Expansión ha sido elaborado por el Comité Nacional de Despacho de Carga (CNDC) en conformidad a las políticas del Ministerio de Hidrocarburos y Energía contenidas en la Resolución Ministerial 074 del 29/04/2009 Directrices para la Elaboración del Plan Sectorial de Electricidad ( ). 5 La proyección de demanda ha sido obtenida utilizando métodos econométricos cuyo resumen es el siguiente: Energia Potencia F.Carga (GWh) (MW) , , ,209 1, ,088 1, ,786 2, ,606 2, ,645 3, Esta demanda considera ampliaciones del SIN hacia la zona de Misiones en Santa Cruz, Padilla en Chuquisaca, Uyuni en Potosí, las fábricas de cemento en Potosí y Oruro y el Litio en Potosí. Adicionalmente se prevé la ampliación hacia Villazón y Laguna Colorada que posibilitaría la exportación de energía eléctrica a la Argentina y Chile. La planificación ha sido realizada con una tasa económica de descuento de 12% anual
6 La planificación ha sido realizada con una tasa económica de descuento de 12% anual por proyecto y considerando costos de oportunidad para los combustibles: 1 US$/litro para el diesel y 6.7 US$/MPC para el gas natural, aplicando modelos de optimización y simulación ampliamente utilizados en los países de América. En el período , el Plan de Obras de Generación y Transmisión requerirá inversiones por un total de 2,333 MMUS$ sin impuestos, de acuerdo al detalle que se presenta en la siguiente tabla. PLAN DE OBRAS DE GENERACION Y TRANSMISION (MMUS$ s/imp) Proyecto Ingreso Costo Proyecto Ingreso Costo (MMUS$) (MMUS$) Chimore (Div. Línea Carrasco San José) ene Línea Santivañez Cumbre en 230 kv jun Adecuación Larecaja abr Central Misicuni Fase I y Transmisión asociada jun Elev. Tensión Potosi Punutuma may Unidades Térmicas en Santa Cruz sep Línea Punutuma Tarija jul 12 Central Geotérmica Laguna Colorada ene Subestación La Cumbre en 115 kv ago Línea Tarija Villazón en 230 kv ene Subestación Potosi en 115 kv sep Línea Villazón Laguna Colorada en 230 kv ene Ampliación Subestación Arocagua nov Línea Moxos Trinidad en 115 kv ene Cataricagua (Div. Línea Catavi Vinto) nov Línea Chimoré Moxos en 230 kv ene Unidad Térmica en Tarija ene Línea Yucumo San Buenaventura en 115 kv may Unidad Térmica en Bulo Bulo ene Proyecto San José y Transmisión asociada jun Subestación COBOCE (Div. Línea Catavi V. Hermoso) ene Repotenciamiento Atocha Villazón 69 kv ene Transformador 100 MVA, 230/115 Punutuma mar Línea Santivañez Viloma en 230 kv (2da terna) ene Unidades Térmicas en El Chaco mar Proyecto Miguillas y Transmisión asociada ene Línea Chaco Tarija en 230 kv mar Línea Palca Ovejuyo Cota Cota en 115 kv ene Transformador Vinto 115/69 kv abr V. Sanchez (230/115 kv) jun Subestación Sacaba Div. L. Santa Isabel Arocagua jun Unidades Térmicas en Santa Cruz oct Guabira y Yane ene 14 Central Misicuni, Fase II ene Línea San Cristóbal Río Grande en 230 kv ene Segundo Transformador Vinto 230/115 kv ene Transformador Uyuni 230/115 kv ene Unidaded Térmica en Santa Cruz oct Repotenciamiento Karachipampa Potosí 69 kv ene Proyecto Unduavi y Transmisión asociada mar Línea Sucre Karachipampa Potosí en 115 kv ene Proyecto Múltiple Rositas y Transmisión asociada ene Línea Santivañez Irpa Irpa en 115 kv ene
7 Los proyectos, en forma esquemática, se presentan a continuación: SAN BUENAVENTURA CENTRAL MOXOS UNDUAVI KENKO MISICUNI MIGUILLAS SAN JOSÉ CARRASCO BULO BULO UNAGRO SANTA CRUZ ROSITAS TARIJA CHACO LAGUNA COLORADA 7 El plan permite que la demanda se satisfaga en forma adecuada y al mínimo costo:
8 En la parte superior del gráfico anterior se presenta, referida al eje vertical izquierdo, la capacidad disponible y la demanda. En la parte inferior de este gráfico se presenta, referida al eje vertical derecho, la reserva del sistema (en verde) y la reserva rotante óptima (línea azul) que, de acuerdo a la normativa actual, debería ser igual o mayor al 9%. El plan de expansión cambiará la matriz energética del sector eléctrico en forma significativa, posibilitando un desarrollo sostenible tal como se muestra en los siguientes gráficos que presentan la generación para los años 2012 y 2022: El consumo de gas natural, en MMPC/año, se presenta en la siguiente tabla: Año Unidades Existentes Unidades Futuras Total ,326 4,544 42, ,009 26,842 43, ,502 32,021 52, ,502 58,863 79, , , ,849 8 Los proyectos de energías renovables no son económicamente ventajosos en el esquema de remuneración actual por lo que el Estado debe realizar un aporte para posibilitar su construcción. Con la construcción de estos proyectos el Estado logrará ahorros importantes en el consumo de gas natural utilizado en el sector eléctrico. Este gas que se ahorra podría ser exportado, en este caso, los beneficios que se logran compensan el aporte estatal tal como se muestra en el siguiente cuadro, que ha sido elaborado suponiendo que los proyectos tienen tasas de rentabilidad de 10% en el esquema de remuneración actual: Proyecto Aporte Estatal TIR (%) (MMUS$) Proyecto TIR Estado Ahorro de gas natural (MMPC/año) (MMUS$/año) San José 20% % 49% 7, Laguna Colorada 61% % 16% 8, Miguillas 40% % 27% 10, Misicuni Fase II 69% % 11% 2, Unduavi 45% % 22% 2, Rositas 57% % 16% 29, Total % 20% 53,
9 Los siguientes proyectos de generación deben ser ejecutados en forma inmediata y obligatoria: Proyecto Fecha de ingreso 1 Turbina a Gas en Tarija Enero Turbina a Gas en Bulo Bulo Enero Turbinas en el Chaco Marzo, junio y diciembre 2013 Proyecto Múltiple Misicuni Fase I Junio 2014 Proyecto hidroeléctrico San José Junio 2015 Central de Laguna Colorada Enero 2015 Centrales Umapalca y Palillada Enero y julio 2016 Proyecto Múltiple Rositas Enero 2020 Cualquier retraso en la ejecución de estos proyectos obligará a instalar unidades térmicas adicionales dentro de un nuevo plan de emergencia con los consiguientes sobrecostos de inversión y operación, que ocasionan un incremento adicional estimado de millones de dólares por año de retraso: EFECTO DE 1 AÑO DE RETRASO EN EL INGRESO DE PROYECTOS (MMUS$) PROYECTO Incremento Exportaciones Indexación TOTAL de Tarifas de gas natural de Costos IMPACTO MISICUNI I L. COLORADA SAN JOSE MIGUILLAS MISICUNI II UNDUAVI ROSITAS TOTAL Se deben revisar los estudios de los proyectos hidroeléctricos para uniformizar los criterios de diseño y optimización. Estos criterios deberían ser enfocados desde el punto de vista de los intereses del país considerando la variación de costos en las distintas épocas del año. Los proyectos de energías renovables permiten el abastecimiento de la demanda hasta aproximadamente el año 2022, por lo que, para abastecer la demanda en forma adecuada en el largo plazo, es necesario iniciar en forma inmediata tareas de inventariación de recursos energéticos renovables que permiten evitar el uso excesivo de gas natural y tener una matriz energética diversificada.
10 ÍNDICE 1. RESUMEN EJECUTIVO SITUACIÓN ACTUAL Y EVOLUCIÓN DEL SISTEMA INTERCONECTADO NACIONAL METODOLOGÍA DE PLANEAMIENTO DE LA EXPANSIÓN DEL SIN PARÁMETROS BÁSICOS PARA EL PLANEAMIENTO PROYECCIÓN DE LA DEMANDA ELÉCTRICA SISTEMA DE GENERACIÓN Y TRANSMISIÓN EXISTENTE OFERTA DE GAS NATURAL PROYECTOS CANDIDATOS DE GENERACIÓN Y TRANSMISIÓN SUFICIENCIA DEL PARQUE DE GENERACIÓN Y TRANSMISIÓN (CRITERIO n 1) VERIFICACIÓN DE LA OPERACIÓN SEMANAL ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN EXPANSIÓN DEL ÁREA DE INFLUENCIA DEL SIN PLAN ÓPTIMO DE EXPANSIÓN DESCRIPCIÓN DE PROYECTOS DE LA EXPANSIÓN ÓPTIMA DEL SISTEMA RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN EXPANSIÓN EN EL PERIODO EVALUACIÓN FINANCIERA DE PROYECTOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
11 ANEXOS 1. RESOLUCIÓN MINISTERIAL Nº 74/ PROYECCIÓN DEMANDA DE ENERGÍA Y POTENCIA DEL SIN 3. SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y UNIDADES DE GENERACIÓN EXISTENTES 4. COSTO DE GENERACIÓN UNIDADES CANDIDATAS 5. DIAGRAMA UNIFILAR SIMPLIFICADO AÑO RESULTADOS DE ANÁLISIS AC 7. RETRASO DE PROYECTOS 11
12 INTRODUCCIÓN La elaboración del Plan Óptimo de Expansión es una de las funciones del CNDC, de acuerdo al Decreto Supremo Nº del 02/07/2008 Reglamento de Funciones y Organización del Comité Nacional de Despacho de Carga que en su artículo 14 inciso u) señala lo siguiente: Participar en la planificación de la expansión del SIN, de acuerdo a requerimiento y lineamientos del Ministerio de Hidrocarburos y Energía u otras entidades llamadas por ley La Constitución Política del Estado (CPE) promulgada el 7 de febrero de 2009, establece que toda persona tiene derecho al acceso universal y equitativo, entre otros servicios al de electricidad, siendo de responsabilidad del Estado, en todos sus niveles, proveer los servicios básicos a través de entidades públicas, mixtas, cooperativas o comunitarias y, tratándose de electricidad, el servicio podrá prestarse a través de contratos con la empresa privada. La provisión de servicios debe responder a criterios de universalidad, responsabilidad, accesibilidad, continuidad, calidad, eficiencia, tarifas equitativas y cobertura necesaria; con participación y control social. El Plan Óptimo de Expansión del Sistema Interconectado Nacional considera y armoniza los principios de acceso y provisión del servicio de electricidad, consagrados en la CPE, así como los criterios de eficiencia y sostenibilidad en el crecimiento del parque generador y de transmisión, con el objeto de asegurar el abastecimiento de la demanda a costo mínimo y se enmarca en el Decreto Supremo Nº del 07/02/2009 Estructura Organizativa del Poder Ejecutivo del Estado Plurinacional de Bolivia en los siguientes artículos: 12 Artículo 58 establece dentro las atribuciones de la Ministra o Ministro de Hidrocarburos y Energía el Planificar el desarrollo Integral del sector energético y desarrollar estrategias para el cumplimiento de la Política Energética del País, en coordinación con las distintas entidades del sector y el Ministerio de Planificación del Desarrollo. Articulo 62, inciso e), establece dentro las atribuciones del Viceministerio de Electricidad y Energías Alternativas (VMEEA) el Definir las directrices para la elaboración de la planificación del desarrollo del sector eléctrico en el mediano y largo plazo. En el marco de esa atribución el VMEEA, define las directrices para la elaboración de la planificación del desarrollo del sector eléctrico en el mediano y largo plazo. Por lo anterior, la planificación de la expansión del SIN se ha realizado siguiendo las directrices del Plan Nacional de Desarrollo (PND) y las políticas del Ministerio de Hidrocarburos y Energía tal como lo dispone la Resolución Ministerial 074 del 29/04/2009 Directrices para la Elaboración del Plan Sectorial de Electricidad ( ) que señalan lo siguiente:
13 Inciso c) Aspectos Metodológicos y Operativos : El proceso de elaboración del Plan Sectorial de Electricidad, estará dirigido por el VMEEA, en coordinación con el Viceministerio de Desarrollo Energético y la Dirección de Planificación del Ministerio de Hidrocarburos y Energía. La Planificación para la Expansión del SIN, forma parte del Plan Sectorial de Electricidad y será realizado con el apoyo técnico y especializado del CNDC, en el marco de las políticas 1 (Desarrollar la infraestructura eléctrica para atender las necesidades internas y generar excedentes con la exportación de electricidad) y 3 (Soberanía e independencia energética), establecidas en el PND y las Políticas Energéticas del Ministerio de Hidrocarburos y Energía. El Plan Óptimo de Expansión que se pone a disposición de los agentes, empresas, instituciones y la sociedad civil, presenta una visión de desarrollo del sector eléctrico hasta el año 2022, describe la situación actual de la oferta y la demanda eléctrica con relación a sus variables más relevantes, la dinámica de funcionamiento y las perspectivas de su crecimiento. Presenta un plan de obras de generación y transmisión para el desarrollo de la infraestructura eléctrica compatible con los requerimientos de la demanda y de acuerdo a criterios de universalidad, eficiencia, seguridad, confiabilidad y costo mínimo. 13
14 2. SITUACIÓN ACTUAL Y EVOLUCIÓN DEL SISTEMA INTERCONECTADO NACIONAL 2.1. El Sistema Eléctrico El Sistema Interconectado Nacional (SIN) es el sistema eléctrico conformado por las instalaciones de generación, transmisión y distribución, que suministra energía eléctrica a los departamentos de La Paz, Oruro, Cochabamba, Santa Cruz, Potosí, Chuquisaca y Beni. La demanda total en el SIN equivale aproximadamente al 90% de la demanda eléctrica del país. El Sistema Troncal de Interconexión (STI) es la parte del SIN que comprende al sistema de transmisión en alta tensión en la que los Agentes inyectan, transmiten y retiran energía eléctrica. El Mercado Eléctrico Mayorista (MEM) está compuesto por los Agentes que operan en el SIN (empresas de generación, transmisión, distribución y consumidores no regulados) que venden y compran energía eléctrica sobre la base de precios referenciales y/o precios spot, con excepción de la transmisión. La operación se realiza en el marco de la Ley de Electricidad y su reglamentación complementaria, basadas en el aprovechamiento integral y sostenible de los recursos energéticos, la competencia en generación, la presencia de empresas no integradas verticalmente y el acceso libre a la transmisión. Las instalaciones del SIN se muestran en la siguiente figura: Sistema Interconectado Nacional
15 2.2. Demanda de Energía Eléctrica La demanda del SIN está compuesta por la demanda de los Consumidores Regulados, que son atendidos por las Empresas de Distribución y por la demanda de los Consumidores No Regulados. Los consumidores regulados en el MEM son atendidos por las siguientes empresas distribuidoras: CRE en Santa Cruz, ELECTROPAZ en La Paz, ELFEC en Cochabamba, ELFEO en Oruro, CESSA en Chuquisaca, SEPSA en Potosí y ENDE en el Beni. El año 2012 se integrarán al SIN los sistemas de Camargo, El Puente y la ciudad de Tarija en Tarija; el 2013 los sistemas de Villamontes y Yacuiba del Gran Chaco y el año 2015 el sistema de Misiones en Santa Cruz. Los Consumidores No Regulados son la Empresa Metalúrgica Vinto, COBOCE, la Empresa Minera Inti Raymi y la Empresa Minera San Cristóbal. Se prevé el ingreso de los siguientes proyectos industriales y/o mineros: el Proyecto de Litio, las fábricas de cemento de ECEBOL, el Complejo Metalúrgico de Karachipampa y la Empresa Minera Huanuni. Adicionalmente la empresa distribuidora SEPSA atiende el consumo de las demandas mineras de San Vicente en el área de Punutuma y de San Bartolomé y Don Diego en las cercanías de la ciudad de Potosí Evolución Histórica de la Demanda En el período , la demanda de energía eléctrica creció al 5.7% promedio anual. En el año 2011 se espera llegue a GWh, que representa un incremento de 7.0% respecto al La evolución histórica de la misma se presenta en el siguiente gráfico: 15 Evolución Histórica de la Demanda de energía del SIN (GWh) 7,000 6,245 6,000 5,000 4,686 5,138 5,397 5,814 4,000 3,000 2,726 2,946 3,159 3,308 3,335 3,372 3,532 3,604 3,771 3,994 4,306 2,000 1, Datos estimados de septiembre a diciembre 2011.
16 La distribución mensual de esta demanda se presenta en el siguiente cuadro: Demanda Mensual de Energía del Periodo (GWh) Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Total 2,726 2,946 3,159 3,308 3,335 3,372 3,532 3,604 3,771 3,994 4,306 4,686 5,138 5,397 5,814 6,245 * Demanda corregida , se ha omitido el proyecto Caballo Blanco La demanda de potencia, para el período , se presenta en la siguiente figura: 1,200 Evolución Histórica de la Demanda Máxima Anual del SIN (MW) 1,100 1, ,087 1, Capacidad Instalada y Generación La capacidad de generación en octubre de 2011, en bornes de generador en el SIN, es de 1,221.0 MW, de los cuales MW corresponden a centrales hidroeléctricas y MW a centrales termoeléctricas. La capacidad térmica corresponde a la temperatura máxima probable. En el gráfico siguiente, se presenta la participación por tipo de tecnología.
17 Evolución Histórica de la Demanda Máxima Anual del SIN (GWh) (Oct2010 Sep 2011) Hidro Pasada 1, % T. Vapor % Hidro Embalse % T. Dual Fuel % T. Gas 3, % 2.4. Balance Oferta Demanda El balance de potencia para la hora de máxima demanda mensual, a nivel de bornes de generador, se presenta a continuación: Balance de Potencia en Bornes (MW) 2011 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic (1) (2) (3) Capacidad térmica bruta (*) Indisponibilidad térmica Capacidad térmica disponible Capacidad hidroeléctrica bruta Indisponibilidad hidroeléctrica Capacidad hidroeléctrica disponible Capacidad bruta total Indisponibilidad total Capacidad total disponible Demanda de potencia de retiros Pérdidas porcentuales en el SIN(%) Demanda de potencia en bornes Potencia sincronizada necesaria Reserva rotante requerida (RRR) Reserva total disponible (RTD) Excedente (déficit) a la RRR (%) (**) (*) La capacidad de las unidades térmicas corresponde a la temperatura máxima del mes respectivo entre las 19 y 20 Hrs. (**) Reserva Rotante (10% hasta octubre de % a partir de noviembre de 2011 (***) Es la diferencia de la reserva total disponible porcentual y la potencia sincronizada necesaria (1) Ingreso de unidades térmicas a diesel en las centrales Moxos y Trinidad (15.6 MW) (2) Ingreso de la unidad QUE03 (0.3 MW), CAR03 (24.45 MW) y del Ciclo Combinado (40 MW) (3) Ingreso de unidades térmicas a diesel en la central Moxos (19.6 MW)
18 3. METODOLOGÍA DE PLANEAMIENTO DE LA EXPANSIÓN DEL SIN Para la planificación de la expansión óptima del SIN, se cuenta con la siguiente información básica: - Parámetros, que especifican todos los supuestos básicos sobre los que se realiza el estudio, como ser: horizonte de estudio, precios de combustibles, tasa de actualización, etc. El detalle de parámetros se presenta en el capítulo 3 de este documento. - Proyección de la demanda eléctrica, cuyo detalle se presenta en el capítulo 4 de este documento. - Sistema de transmisión y unidades generadoras existentes, cuyo detalle se presenta en el capítulo 5 de este documento. - Oferta de gas natural, cuyo detalle se presenta en el capítulo 6 de este documento. - Proyectos candidatos de generación y transmisión, cuyo detalle se presenta en el capítulo 7 de este documento. Con esta información básica se obtiene el plan óptimo de expansión aplicando en forma iterativa la siguiente metodología de cálculo, que se resume al final de esta sección en un diagrama conceptual metodológico: Paso 1 Obtener la alternativa de expansión Se utiliza el Modelo OPTGEN, en su versión integrada al modelo SDDP, cuyo objetivo es definir dónde, cuándo y cuáles proyectos deben ser construidos de manera de minimizar la suma de los costos anualizados de inversión, operación y falla (confiabilidad de suministro). Ambos modelos han sido desarrollados por la firma PSR de Brasil. 18 El OPTGEN considera una versión simplificada de la red de transmisión que utiliza flujos con pérdidas lineales, es decir, las pérdidas de transmisión son iguales al flujo multiplicado por el coeficiente de pérdidas. El modelo de la red de transmisión es un modelo de intercambios que solamente considera la ecuación de balance en cada nodo y no toma en cuenta la distribución de flujos de acuerdo a la impedancia de los circuitos. Este modelo se procesa en etapas mensuales en las que se representa la demanda por medio de cinco bloques, tal como se detalla en el capítulo 4 Proyección de la Demanda Eléctrica de este documento. Para las unidades térmicas se utilizan curvas de costo lineales que parten del origen. Tal como se presenta en el siguiente cuadro, este modelo es utilizado en varios países de Centro y Sur América para la obtención de planes de expansión:
19 Modelos de Planificación País Institución responsable Planes de Simulación de Expansión la Operación Bolivia Colombia Costa Rica Ecuador Guatemala Panamá Comité Nacional de Despacho de Carga (CNDC) Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) Instituto Costarricence de Electricidad (ICE) Consejo Nacional de Electricidad (CONELEC) Comisión Nacional de Energía Eléctrica (CNEE - INDE) Empresa de Transmisión Eléctrica (ETESA) OPTGEN Escenarios OPTGEN SUPER OLADE OPTGEN SUPER OLADE OPTGEN Perú Ministerio de Minas y Energía SUPER OLADE SDDP MPODE, SDDP SDDP SIPRODE, SDDP SDDP SDDP PERSEO, Flujos de Carga WIN-FDG La optimización y simulación de la operación se efectúa con el Modelo SDDP (Stochastic Dual Dynamic Programming), que minimiza el costo de operación y está compuesto de: - Costo de operación de las unidades térmicas - Costo de racionamiento - Costo de vertimientos - Costo por no cumplir restricciones de generación - Estadística de caudales de ingreso a los embalses a partir del año Dieciséis series de caudales históricos - Nivel inicial de los embalses importantes, equivalente al promedio de los últimos 4 años 19 Este modelo es utilizado para realizar las tareas de planificación del despacho en el mediano y largo plazo por los siguientes operadores de sistemas eléctricos: - CNDC (Comité Nacional de Despacho de Carga) en Bolivia - ETESA (Empresa de Transmisión Eléctrica Panameña) en Panamá - ICE (Instituto Costarricense de Electricidad) en Costa Rica - ENATREL (Empresa Nacional de Transmisión Eléctrica) en Nicaragua - ENEE (Empresa Nacional de Energía Eléctrica) en Honduras - UT (Unidad de Transacciones) en El Salvador - AMM (Administración del Mercado Mayorista) en Guatemala - XM/ISA (Compañía de Expertos en Mercados/Interconexión Eléctrica S.A.) en Colombia. - COES (Comité de Operación Económica del Sistema) en Perú - CENACE (Centro Nacional de Control de Energía) en Ecuador
20 Paso 2 Verificar la suficiencia del parque generador Esta verificación se efectúa por medio de un balance de potencia uninodal para la hora de demanda máxima anual de años característicos. Para el presente estudio se utilizan los años 2013, 2017 y El objeto de esta verificación es que exista parque generador suficiente para cubrir la demanda, las pérdidas de transmisión y las necesidades de reserva del sistema (reserva rotante y reserva fría). Si el resultado no es satisfactorio, se procede a definir nuevas restricciones de abastecimiento. Con estas nuevas restricciones se regresa al paso 1 para definir una nueva alternativa de expansión. Paso 3 Verificar la suficiencia del parque generador y de la red de transmisión Esta verificación se efectúa simulando la operación del sistema para la hora de demanda máxima de años característicos utilizando el modelo NCP (flujo DC con pérdidas cuadráticas). El modelo NCP simula la operación del sistema en etapas horarias con un horizonte de hasta 744 horas considerando curvas de costo lineales para las unidades térmicas (Costo = a + b*potencia), por lo que utiliza técnicas especializadas de optimización como el Unit Commitment para resolver el problema de la operación. Adicionalmente en la operación de las centrales hidroeléctricas en cascada se consideran los tiempos de viaje de las aguas turbinadas y vertidas. En las simulaciones se utiliza una indisponibilidad de 4% en las unidades de generación. Esta indisponibilidad es igual a la tasa promedio de indisponibilidad histórica en el SIN. 20 Para cada año característico se realizan aproximadamente 30 simulaciones de la operación para la hora de demanda máxima. Para cada simulación se considera que existe un elemento de transmisión del STI indisponible. El objetivo de esta verificación es que no existan racionamientos en el caso de indisponibilidad de algún elemento de transmisión (condición n-1); esta condición es equivalente a la condición de que la demanda en cualquier nodo del sistema debe ser abastecida por, al menos, 2 medios alternativos. Si el resultado no es satisfactorio, se procede a definir nuevas restricciones de abastecimiento. Con estas nuevas restricciones se retorna al paso 1 para definir una nueva alternativa de expansión. El Modelo NCP (Nuevo Corto Plazo) ha sido desarrollado por la firma PSR de Brasil y la utiliza el CNDC para la elaboración de los predespachos semanales y diarios desde el año 2000.
21 Paso 4 Verificar la operación semanal Esta verificación se efectúa simulando la operación semanal del sistema para la semana de demanda máxima y para una semana del período lluvioso de los años característicos, utilizando el modelo NCP con la función de costo futuro obtenida con el Modelo SDDP. Esta simulación de la operación horaria semanal considera todas las restricciones de suministro que se utilizan en el predespacho semanal. El objetivo de esta verificación es que el sistema sea operable en todas las horas de la semana, satisfaciendo las condiciones de desempeño mínimo (reserva rotante, seguridad de áreas) sin que existan déficits de suministro. Si los resultados no son satisfactorios se procede a definir nuevas restricciones de abastecimiento. Con estas nuevas restricciones se regresa al paso 1 para definir una nueva alternativa de expansión. Paso 5 Análisis AC Este análisis se efectúa con el programa de análisis de sistemas de potencia Power Factory de Digsilent para verificar que la operación futura del sistema se realiza dentro de los estándares de seguridad y confiabilidad establecidos en las Condiciones de Desempeño Mínimo del SIN. Para ese propósito se trabaja con la red completa del SIN y se realizan simulaciones en régimen estacionario y régimen normal, observando los voltajes de nodo y los flujos de potencia por líneas y transformadores del sistema. Luego se verifica la seguridad del SIN mediante análisis de contingencias (n-1) de componentes de generación o transmisión del sistema. En base a los resultados de las simulaciones se definen los refuerzos de transmisión (líneas, transformadores y/o compensación de reactivo) necesarios en el sistema. 21 Paso 6 Simulación Final Se realiza la simulación final de la alternativa óptima obtenida en los pasos anteriores utilizando el Modelo SDDP en su versión de corriente continua con pérdidas cuadráticas. El propósito de esta simulación es obtener una información más precisa de los costos de operación y de la generación de cada una de las unidades de sistema Diagrama conceptual metodológico En la figura siguiente, se presenta un diagrama conceptual metodológico que resume el proceso de obtención de la alternativa óptima de expansión del SIN:
23 4. PARÁMETROS BÁSICOS PARA EL PLANEAMIENTO Los parámetros forman parte de las Directrices para la Elaboración del Plan Sectorial de Electricidad aprobadas por el Ministerio de Hidrocarburos y Energía con Resolución Ministerial 074/2009. Estos parámetros son consistentes con las prácticas de planificación utilizadas en otros países de la región (Colombia, Costa Rica, Ecuador, Guatemala, Panamá y Perú). Se consideran todas las condiciones que regulan el funcionamiento del mercado eléctrico actual, que se resumen a continuación: 4.1. Precio del Gas Natural Precio regulado: Precio vigente desde fecha 22/12/2000, aprobado mediante D. S. N que fija el precio de gas natural para la generación de electricidad en 1.3 US$/MPC. Este valor se utiliza para realizar el análisis financiero de los proyectos de generación seleccionados. Precio de oportunidad del gas natural: Debido a que la planificación del sector eléctrico debe ser realizada desde la perspectiva de los intereses nacionales se utiliza un precio de gas igual al costo de oportunidad del país. Este costo de oportunidad pretende medir lo que el país sacrifica al utilizar el gas natural en la generación de electricidad, lo cual se traduce en una reducción del volumen de gas natural exportado. De acuerdo a información de YPFB 2, las exportaciones de gas natural de Bolivia son principalmente al mercado brasilero, tal como se muestra en el gráfico siguiente: 23 Volúmenes Diarios de Gas Natural Facturados al Mercado de Exportación (MMm 3 ) ABR AGO DIC ENE FEB JUL JUN MAR MAY NOV OCT SEP ENE FEB MAR Vol. Promedio Brasil a 68ºF Vol. Promedio Argentina a 60 F 2 Informe Estadístico YPFB, enero - marzo, 2011
24 Para el año 2010, la participación de la comercialización total del gas natural, se presenta en el siguiente gráfico: Mercado Interno 20% Participación de la comercialización del Gas Natural por Mercado Año 2010 Argentina 12% Brasil 68% Para la estimación de los precios internacionales referenciales del gas natural, se utilizan los precios de exportación de gas natural al Brasil Análisis Estadístico El precio que Bolivia recibe por el gas natural exportado al Brasil está indexado a los precios de tres cotizaciones internacionales de fuel oils del trimestre anterior, siguiendo una fórmula del tipo: 24 Donde: PG P FO1 FO2 FO3 Precio aplicable en el trimestre; Precio de referencia; Fuel oil; Fuel oil; Fuel oil;
25 Los precios de los tres tipos de fuel oil tienen un comportamiento similar a los del WTI como se puede apreciar en la siguiente figura: Debido a este comportamiento y a que no se dispone de los precios futuros de los fuel oils, en el presente informe se utiliza el precio internacional del WTI en lugar de los tres tipos de fuel oils. Por lo expresado se modela el precio del gas natural de exportación al Brasil como una función de la siguiente forma: Precio de exportación t = f (precio WTI t-1 ) Donde: 25 Precio exportación: precio de exportación al Brasil en el trimestre t, expresado en US$/MMBTU. Precio WTI (t-1): precio del petróleo WTI del trimestre (t-1), expresado en US$/MMBTU. Los precios promedio trimestrales de exportación al Brasil se presentan a continuación: Histórico de Precios Promedio Trimestral de Venta de Gas Natural al Brasil a Junio 2011 ($US/MMBTU) Año 1er trim. 2do trim. 3er trim. 4to trim
26 Los datos básicos del WTI expresados en $US/Barril, se presentan a continuación: West Texas Intermediate Spot Average a Junio 2011 $US/Barril 1er trim. 2do trim. 3er trim. 4to trim Utilizando un poder calorífico de MMBTU por barril de petróleo, estos valores expresados en US$/MMBTU son los siguientes: West Texas Intermediate Spot Average a Junio 2011 $US/MMBTU 1er trim. 2do trim. 3er trim. 4to trim Con base a estos datos históricos, se efectuó un análisis de regresión simple, con los siguientes resultados:
27 La ecuación planteada explica el 95% de las desviaciones y registra un R 2 ajustado igual a 88% y un coeficiente de relación igual a , con una desviación típica de sólo y un estadístico t igual a En conclusión, se infiere el precio de exportación del gas natural a partir de una ecuación de la forma: Donde: Precio Exportación t = * Precio WTI t-1 - Precio exportación: precio de exportación al Brasil en el trimestre t, expresado en US$/MMBTU. - Precio WTI t-1 : precio del petróleo WTI del trimestre (t-1), expresado en US$/MMBTU. Este resultado indica que, en promedio, el gas natural que Bolivia exporta al Brasil tiene un precio igual al 35.5% del precio que se asigna al petróleo en el mercado internacional, en un volumen tal que entrega el mismo contenido calórico (la misma cantidad de BTU s). Esta reducción de precio se explica principalmente por la mayor facilidad de manipuleo y transporte del petróleo, en relación con el gas natural Pronósticos de precios Para los pronósticos de precios del WTI se toma en cuenta los pronósticos realizados por la EIA (Energy Information Agency) que se presentan a continuación: 27 Año WTI (2009 $US/ Barril) WTI (2009 $US/ MMBtu) Tc % 5% Tc % 1%
28 Sobre la base de estos valores anuales, se han obtenido los precios trimestrales en base a los promedios históricos de participación trimestral desde el año 2009, así como las proyecciones trimestrales efectuadas por la EIA hasta diciembre de 2012, para ser utilizados en la proyección para el periodo enero 2013 a diciembre Los resultados se muestran a continuación: West Texas Intermediate Spot Average a Junio 2011 $US/MMBTU 1er trim. 2do trim. 3er trim. 4to trim. Promedio Con base en la ecuación obtenida y la hipótesis de la EIA sobre el pronóstico del WTI, se proyectó el costo de oportunidad del gas natural como sigue: Proyección Costo de Oportunidad de Gas Natural ($US/MMBTU) 1er trim. 2do trim. 3er trim. 4to trim
29 Estos valores en forma anual son los siguientes: Año Costo de Oportunidad ($US/MMBtu) Estos resultados en forma grafica se presentan a continuación: Relación WTI Costo de Oportunidad (US$/MMBtu) Proyección WTI Eje Izq. Costo de Oportunidad 4.2. Precio del Diesel Precio Regulado. Se utiliza un valor de 0.18 US$/litro Precio de Oportunidad. Se utiliza un precio de oportunidad de 1.0 US$/litro, que es equivalente al precio promedio de importación Otros Parámetros Tasa de Actualización - 12% para proyectos de Generación - 10 % para proyectos de Transmisión
30 Costos referenciales - Proyectos de generación térmica, obtenidos en base a la información del Gas Turbine World Handbook Proyectos de transmisión, calculados en base de los estudios realizados por la AE. Vida útil de proyectos - Generación Térmica 20 años - Generación Hidroeléctrica 50 años - Proyectos Geotérmicos 50 años - Transmisión 30 años Costos de Operación y Mantenimiento - Costo Fijo Anual de Operación y Mantenimiento (O&M) de unidades de generación equivalente a 1.5% de la Inversión. - Costo Fijo Anual de O&M de transmisión equivalente al 3% de la Inversión. - Costo variable de O&M 1.2 US$/MWh para unidades térmicas. - Costo variable de O&M 2.87 US$/MWh para ciclo combinado Costo Variable de O&M 4.5 US$/MWh para geotermia. Indisponibilidad de Unidades de Generación - 7% para generación termoeléctrica. - 4% para generación hidroeléctrica Reserva Rotante Se utilizan los valores aprobados por la Autoridad de Fiscalización y Control Social de Electricidad con Resolución AE Nº 110/ % para el bloque alto. - 11% para el bloque medio - 14% para el bloque bajo.
31 5. PROYECCIÓN DE LA DEMANDA ELÉCTRICA El pronóstico de la demanda de energía eléctrica se realiza utilizando métodos de cointegración, métodos econométricos, métodos basados en la interpolación de la tasa de crecimiento y métodos basados en la evolución del consumo específico por categorías, de acuerdo al comportamiento histórico de las Empresas Distribuidoras y Consumidores No Regulados. Adicionalmente, en la proyección se considera la incorporación de sistemas aislados y de nuevos emprendimientos productivos y mineros Análisis Histórico de las Proyecciones de la Demanda Eléctrica En el proceso de elaboración de la demanda de energía eléctrica y potencia del SIN, durante las dos últimas décadas se han empleado una combinación de diferentes escenarios y modelos a fin de obtener la mejor aproximación a través del horizonte de pronóstico, caracterizándose por los siguientes períodos de planificación: a) Período , caracterizado por una planificación centralizada a cargo de ENDE donde se examinó principalmente la demanda de energía eléctrica a nivel del consumidor final. La demanda de energía eléctrica se explicaba por factores de crecimiento cronológico y un factor macroeconómico que identificaba la elasticidad de la demanda con respecto al Producto Interno Bruto (PIB). b) Período , caracterizado por una planificación referencial a cargo del VMEEA, donde se proyectó la demanda de electricidad por categoría de usuario y por departamento, considerando el PIB per cápita y sectorial. Asimismo, se proyectó la demanda de electricidad para el total de las empresas distribuidoras, por categoría de consumo, utilizando modelos econométricos de ajuste parcial en función del PIB. 31 c) Período actual, con el retorno a la planificación centralizada de la expansión del SIN, a cargo del CNDC, bajo directrices del Ministerio de Hidrocarburos y Energía, donde la proyección de la demanda se basa en la relación de largo plazo (cointegración) que existe entre el PIB y la demanda de energía, así como en la utilización de métodos simples, modelos econométricos y escenarios por consumo específico, que son descritos en el Anexo Información Básica Para proyectar la demanda eléctrica, se utiliza la base de datos histórica de los Distribuidores y Consumidores No Regulados elaborada por el CNDC, la demanda de los Sistemas Aislados que se prevé se interconectarán al SIN y la demanda de nuevos proyectos productivos y mineros. Para dar estabilidad a las series históricas utilizadas en la proyección de la demanda eléctrica y eliminar el efecto de la migración aleatoria de carga realizada por los Distribuidores, se ha agrupado la demanda de energía de éstos por zonas geográficas. Para la proyección a nivel de centros de consumo, se ha agrupado la información en función a la ubicación geográfica de los diferentes sistemas eléctricos y de los Distribuidores.
32 5.3. Nuevas Demandas Las nuevas demandas, que incorporan sistemas aislados y proyectos industriales y mineros, consideradas en la proyección de largo plazo del SIN se presentan en el siguiente cuadro: Demanda (MW) Año / Ingreso Sistemas Aislados SETAR Tarija Sistema Camargo Sistema Chaco Sistema Misiones Proyectos Productivos PAPELBOL Complejo Karachipampa Empresa Minera Huanuni Proyecto Litio 1ra fase Fábrica de Cemento ECEBOL Fábrica de Cemento ECEBOL Ingenio San Buenavenura * Minería Tupiza Villazón Proyecto Litio 2ra fase Proyecto Litio 3da fase * Demanda del Ingenio en período de no zafra 5.4. Producto Interno Bruto El PIB es la variable macroeconómica más importante que describe el desempeño económico en un período determinado. Muchas actividades productivas están cointegradas al PIB por lo que responden a su comportamiento y a su influencia sobre ella, entre ellas el consumo de electricidad. 32 De acuerdo a las publicaciones del Instituto Nacional de Estadística (INE), la evolución histórica del crecimiento anual del PIB, en valores porcentuales, ha tenido el siguiente comportamiento: 5.5% Variación histórica del PIB 3.5% 1.5% 0.5% 2.5% 4.5%
33 Para pronosticar los valores futuros del PIB nacional, se utilizaron las previsiones del Banco Central de Bolivia 3 y del Fondo Monetario Internacional que prevén una tasa promedio de crecimiento de 4.5% para el período Sobre la base de la información de estos organismos oficiales, para las proyecciones del PIB nacional se ha adoptado un crecimiento constante de 4.5% para el periodo Dicho crecimiento es consistente con el promedio histórico del período , tal como se muestra en el siguiente gráfico: 6.5% Evolución Tasa Histórica del PIB 6.0% 5.5% 5.0% 4.5% 4.0% 3.5% 3.0% Tasa Histórica Tasa Promedio El PIB proyectado para el período , expresado en bolivianos constantes de 1990, es el siguiente: 33 Proyecciones del PIB ,052, ,584, ,185, ,859, ,607, ,435, ,344, ,340, ,425, ,604, ,881, ,261,450 3 El Informe de Política Monetaria del BCB de febrero 2011, menciona que el crecimiento de la actividad interna en 2011 se situaría en un rango entre 4.5% y 5.5%.
34 5.5. PROYECCIÓN DE LA DEMANDA DE ENERGÍA ANUAL Metodología de Proyección de la Demanda de Energía Anual La proyección de la demanda de largo plazo se obtiene a partir de los siguientes pasos: a. Se proyecta la demanda de energía anual total del SIN utilizando la relación de cointegración de la demanda eléctrica con el PIB. Esta demanda se complementa con las nuevas demandas. b. Se proyecta la demanda energía anual de cada empresa distribuidora, en cada nodo de retiro, utilizando métodos econométricos, métodos basados en la interpolación de tasa de crecimiento ó métodos basados en la evolución del consumo específico por categorías. c. Se proyecta la demanda energía anual de los Consumidores No Regulados, utilizando la información suministrada por los Agentes. d. Se proyecta la demanda energía anual de los nuevos proyectos declarados por empresas públicas o privadas, utilizando la información suministrada por los mismos y verificando su consistencia. e. Se agrega la demanda obtenida en los puntos b, c y d. f. Se compara la proyección agregada obtenida en el punto e, con la proyección de la demanda total obtenida en el punto a. De los resultados de esta comparación, se procesa uno de los siguientes puntos: 34 g. Si la demanda total del SIN (a) es mayor que la demanda agregada (e), se distribuye esta diferencia como nuevos proyectos en los diferentes nodos de consumo. h. Si la demanda total del SIN (a) es menor que la demanda agregada (e), se utiliza la demanda total obtenida en los puntos b, c y d. El resultado de este proceso, es la demanda de energía anual de largo plazo del SIN, compuesta por la demanda de las Empresas Distribuidoras, Consumidores No Regulados y nuevas demandas.
35 Esta metodología en forma gráfica se presenta a continuación: 35 A continuación se presentan los resultados de este proceso: Proyección de la Demanda de Energía Total del Sistema Método de Cointegración Esta proyección se basa en la relación de cointegración que existe entre el PIB y la demanda de energía. Esta relación supone un equilibrio de largo plazo entre la tasa de crecimiento del PIB y la demanda de energía eléctrica. Dos variables o series no estacionarias como la energía y el PIB pueden tener una relación entre ellas que es estacionaria, en cuyo caso se dice que están cointegradas de orden cero, es decir, que se mueven conjuntamente en el largo plazo. Para ello se requiere que las variables sean integradas del mismo orden y que además estén cointegradas, que posean una relación lineal estable, es decir, se puede construir modelos macroeconómicos con variables no estacionarias de modo que sus resultados sean estadísticamente válidos. Para la estimación de la relación de cointegración se utiliza el modelo Vector de Corrección de Errores (VEC). La especificación funcional de este modelo supone que la tasa de crecimiento de la demanda eléctrica se explica por el crecimiento del PIB, ello bajo un modelo VEC con rezagos en las variables.
36 Para suavizar el efecto de la magnitud de las variables y facilitar la interpretación de los resultados se crean series expresadas en logaritmo natural evitando que el sistema se vuelva marginalmente inestable. Los resultados de la regresión son los siguientes: La representación del modelo de cointegración utilizado es la siguiente: D (LENERGIA) = *(LENERGIA (-1) *LPIB (-1) ) *D *D1 36 Donde: ENERGIA = Demanda de energía en el periodo t en GWh D = Crecimiento de la variable PIB = Producto Interno Bruto en miles de Bolivianos de 1990 D1 = Variable binaria que captura datos atípicos de la demanda D2 = Variable binaria que captura datos atípicos del PIB La ecuación de largo plazo que captura la relación entre las variables se conoce como vector de cointegración, donde el parámetro de cointegración es de Los resultados del modelo muestran que por cada 1% de crecimiento que tenga el PIB, la demanda crecerá con una elasticidad del orden de 1.4. Los resultados del modelo de cointegración se presentan en el Anexo 2.2, cuyo resumen es el siguiente:
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CDEC-SING C-82/212 EFECTOS TÉCNICO-ECONÓMICOS DE LA INTEGRACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA Y SOLAR EN EL SING ESTUDIO 212 Autor DO del CDEC-SING Fecha Creación 12-1-212 Correlativo CDEC-SING C-82/212 Versión 1.
Tendencias y desafíos para el desarrollo del sector eléctrico boliviano
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