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Academia Nacional de la
Ingeniería y el Hábitat
Costos Nivelados Eléctricos
(LCOE)
Ing. Nelson Hernández (Energista)
Blog:...
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Tendencia Mundial de la electricidad y el costo nivelado (lcoe)

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Presenta la tendencia mundial de la generacion electrica hasta el año 2050 y la tecnologia Costo Nivelado (LCOE), Nelson Hernandez, energista, energia

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Tendencia Mundial de la electricidad y el costo nivelado (lcoe)

  1. 1. Academia Nacional de la Ingeniería y el Hábitat Tendencia Mundial de la Electricidad y los Costos Nivelados (LCOE) Ing. Nelson Hernández (Energista) Blog: Gerencia y Energía La Pluma Candente Twitter: @energia21 Noviembre 2015Periódico on line: Energy News
  2. 2. La tendencia mundial es crear un mundo electrificado, es decir, todo o casi todo funcionando con electricidad mediante cambios de paradigmas, principalmente, en el sector transporte (cambio motor de combustión interna) y la eliminación de las centrales termoeléctricas a carbón. En otras palabras: Un mundo consumiendo más energía …pero con menos emisión de CO2 Lógicamente este cambio de paradigma impactara profundamente el modo de obtener la electricidad, la cual debe cumplir con la premisa de menos emisiones de carbono. A tal efecto, es necesario tener una base común que permita comparación entre las distintas tecnologías generadoras de electricidad, y facilite así la toma de decisiones. En tal sentido, el costo nivelado o costo normalizado o costo equivalente, LCOE, cumple con esta condición. Infografía: Nelson Hernández …Tendencia mundial
  3. 3. La Agencia Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en ingles), emitió el 15-06-15, su ultima prospectiva denominada “Escenario de Transición”, en el cual presenta un conjunto de medidas tendientes a mitigar la emisión de CO2. La prospectiva propone una estrategia a corto plazo, sobre la base de las tecnologías disponibles y de cinco políticas cuantificables: • Aumentar la eficiencia energética en la industria, los edificios y el transporte. • Reducir progresivamente el uso de las plantas eléctricas de carbón menos eficientes y la prohibición de su construcción. • Aumentar la inversión en energías renovables a $ 400 mil millones en 2030. • Eliminar gradualmente los subsidios al consumo de combustibles fósiles. • Reducir las emisiones de metano procedentes de la producción de petróleo y gas. Infografía: Nelson Hernández El Escenario de Transición de la IEA
  4. 4. En su última cumbre anual celebrada el 7-8 de junio 2015, estableció como principios básicos, los siguientes: • Evitar que el calentamiento promedio de la superficie del planeta supere los 2 °C para finales de siglo • Desacoplar la economía mundial del consumo de combustibles fósiles • Reducir las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero en un 40 %, con respecto a la de 2009, para el 2050 • Transformar el sector energético para el 2035, movilizando 100 G$ anuales en financiamiento destinado a los países en desarrollo, iniciando en el 2020, para proyectos energéticos sustentables. El Grupo de los Siete (G7) (*) Protocolo de Kyoto COP21- Paris (1997) (2015) (*) Alemania, Canadá, Estados Unidos, Francia, Italia, Japón Reino Unido Infografía: Nelson Hernández
  5. 5. • Energía solar en todas partes: La disminución en el costo de la tecnología fotovoltaica impulsará un aumento de 3.7 millardos de $ en inversiones en energía solar, tanto a gran escala y como a pequeña escala. • Fortalecimiento del PROSUMER: Alrededor de 2.2 millardos de $ irán a proyectos de solar PV en los techos de las viviendas y otros sistemas fotovoltaicos locales, alcanzando la independencia energética • Demanda disminuida: Las acciones tecnológicas en eficiencia energética en áreas tales como la iluminación y el aire acondicionado, ayudaran a limitar el crecimiento de la demanda de energía mundial. En los países de la OCDE, la demanda de energía será menor en 2040 que la de 2014. • Competencia fósiles: Decisión basada en abundancia y costo ambiental (LCOE). El carbón, desplazado por gas lutítico e hidratos de metano • Peligro Climático: La tendencia para el largo plazo – 2040 - , es descarbonizar la matriz energética global con el objeto de controlar el fenómeno de cambio climático Los 5 cambios que sacudirán, en 10 años, el sistema eléctrico mundial Infografía: Nelson Hernández
  6. 6. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 Carbono Pesca Siembra Tierra Urbana Productos forestales Pastoreo Nro.deTierrasdisponiblesydemandadas 11019691868176716661 06 Mundo. Huella ecológica por componente Fuente: Global Footprint Network Infografía: Nelson Hernandez Bio capacidad 1.56
  7. 7. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 África Norte América Asia Oriental + Pacifico Europa Latinoamérica Asia Meridional MUNDO Cuadrante mínimo de Desarrollo Sustentable Mundo (2015). Huella ecológica por regiones vs IDH Fuente: Global Footprint Network / PNUD Infografía: Nelson Hernandez Huellaecológicapercápita(gha) Índice desarrollo humano (IDH)
  8. 8. 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Huellaecológicapercápita(gha) Índice desarrollo humano (IDH) Alto IDH Muy Alto IDH Cuadrante mínimo de Desarrollo Sustentable Mundo (2015). Huella ecológica vs IDH Fuente: Global Footprint Network / PNUD Infografía: Nelson Hernandez De 170 países analizados, 90 tienen un IDH igual o mayor a 0.7, y 70 tienen una huella ecológica igual o menor a 1.7. Solo 8 están en el cuadrante de desarrollo sustentable
  9. 9. 0 10 20 30 40 50 Solar PV Geotérmica Eólica Marina Total Bioenergía Biomasa Biogás Biocarburantes Eólica Tierra Total Eólica Total Solar Total Renovables Marina Hidroeléctrica Solar Térmica Fuente: IRENA 2015 Infografía: Nelson Hernández Renovables. Crecimiento Capacidad Instalada (2006 – 2014) %
  10. 10. CarbónPetróleoGasNuclearRenovables 39.6 % 12.1 % 18.0 % 18.5 % 11.8 % 12.1 % 6.5 % 22.8 % 30.1 % 28.5 % 238 (MBDPE) 2015 2050 Electricidad = 39 % Electricidad = 49 % Fuente: IEA 2015 Infografía: Nelson Hernández Mundo. Demanda Energética (Escenario 2 ºC) 260 (MBDPE) Renovables: Biomasa, Eólica, Solar, Hidroelectricidad, Geotermal
  11. 11. Total Emisión CO2 Reduc. Eficiencia Reduc. Renovables Reduc. Captura CO2 Reduc. Cambio Combustible Reduc. Nuclear + Otros 10 20 30 40 50 60 0 504030201005009590 Historia Proyección 22.0 28.5 41.1 56.0 21.8 16.9 14.0 Fuente: IEA 2015 Infografía: Nelson Hernández Mundo. Reducción Emisiones CO2 (Escenario 2 ºC) GTCO2 7.0 % 12.2 % 15.4 % 30.0 % 35.4 %
  12. 12. Otras Renovables Biomasa Nuclear Petróleo Gas Carbón 2012 2050126.8 (MBDPE) 90.7 (MBDPE) 76.2 % 8.5 % 2.8 % 12.7 % 6.0 % 23.0 % 47.0 % 8.6 % 24.8 % 10.7 % 10.4 % 23.8 % 39.1 % 60.9 % 45.3 % Emisión CO2 Emisión CO2 11.8 GTCO2 4.1 GTCO2 Fuente: IEA 2015 Infografía: Nelson Hernández Mundo. Insumos Generación Eléctrica (Escenario 2 ºC)
  13. 13. 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 50 10 8 6 4 2 4030201000 504030201000 No Hacer Nada ( 6 ºC) 2 ºC4 ºC Consumo Petróleo (MBD) Emisión CO2 (GT) (*) (*) Gasolinas Fuente: IEA 2015 Infografía: Nelson Hernández Mundo. Perspectivas Energéticas Sector Transporte 3.9 8.6 9.6 54 110 121
  14. 14. Petróleo Gas Carbón Electricidad Renovables No Renovables Transm &Distribuc Hidroelec Eólica Solar Bioenergía 40.1 16.7 5.7 40.8 % 24.9 % 34.3 % 2.6 % 21.8 % 34.0 % 41.6 % 16.8 % 22.2 % 34.7 % 26.3 % Total Energía Electricidad Renovables Fuente: IEA 2015 Infografía: Nelson Hernández Mundo. Inversiones en Sector Energía (2014 - 2035) (T$) T = Tera = 1.000.000.000.000
  15. 15. 4000 4500 5000 5500 6000 6500 302520151005 Carbón PetróleoGas - - + MTCO2 Variación Periodo Gas = + 2105 Carbón = - 9400 Petróleo = - 4145 Neto = - 11440 Fuente: BP 2015 / White House /IEA 2015 Cálculos: N. Hernández Infografía: Nelson Hernández Plan Obama. Estimación Variación Emisión CO2 USA (2015 – 2030)
  16. 16. Gas Petróleo Otros Usos Petróleo Transporte Carbón Fuente: BP 2015 / White House / IEA 2015 Estimación: N. Hernández Infografía: Nelson Hernández Plan Obama. Balance energético (2015 – 2030) - 4000 - 3000 - 2000 - 1000 0 1000 Otros Electricidad Total 158 109 881 990 269 1155 2422233 1155 36 2580 MTPE 0.93 MTCD 2.1 MBD 8100 MPCD
  17. 17. El costo nivelado de la electricidad, también conocido como costo normalizado o costo equivalente, (abreviado como LCOE por sus siglas en inglés) es la valoración económica del costo del sistema de generación de electricidad que incluye todos los costos a lo largo de la vida útil del proyecto: la inversión inicial, operación y mantenimiento, el costo de combustible, costo de capital, etc. En un mundo con tendencia de electrificación masiva dentro de un cambio de la estructura energética mundial el LCOE es una herramienta fundamental para la comparación de los costos unitarios de diferentes tecnologías. El LCOE es el valor más cercano al costo real de la inversión, tanto en la producción de electricidad en monopolios de mercados regulados de electricidad con garantías de préstamos, como en escenarios de precios regulados en mercados competitivos. Costo eléctrico nivelado (LCOE) Infografía: Nelson Hernandez
  18. 18. LCOE = ∑t = 1 n DGI ttt + *( 1 – IM ) – IM* ∑t = 1 n E t *( 1 – IM ) I = Inversión G = Gastos O&M D = Depreciación E = Energía eléctrica generada IM = Impuesto sobre la renta n = Horizonte económico LCOE, es igual a la sumatoria de los I, G y D, descontados a una tasa en el horizonte económico, dividido entre la sumatoria de la E descontada a la misma tasa en el horizonte económico Costo eléctrico nivelado (LCOE) Infografía: Nelson Hernandez
  19. 19. Otros O&MCombustibleInversión 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Solar EólicaHidroeGasCarbónNuclear 74 26 6 75 19 28 42 30 29 13 58 85 15 88 12 Fuente: EIA Infografía: Nelson Hernandez LCOE. Distribución Costos Promedios de Generación
  20. 20. Data de Entrada Ejemplo Inversión Total (M$) 69 Capacidad Bruta Instalada(MW) 85 Factor de Operación, fracción 0.9 O&M fijo, $/Kwh año 7.34 O&M variable, $/Mwh 15.5 Eficiencia térmica, BTU/Kwh 10850 Emisión CO2, Lb/MBTU 117 Precio emisión CO2, $/TM 50 Horizonte Económico (años) 20 Tasa de descuento, fracción 0 Impuesto sobre la renta, fracción 0 Data de Salida Inversión $/Kw 812 Capacidad Neta(MW) [ventas] 76 Generación anual, GWh 666 Emisión CO2, TM/MWh 0,577 Costo anual fijo, M$ 13,4 Costo Variable, M$ 10 Costo Emisión CO2, M$ 19.2 Total costo, M$ 42.6 Costo Nivelado, $/Mwh 73.32 Data calculo LCOE Infografía: Nelson Hernandez
  21. 21. COSTO INVERSION NIVELADO TIPO TECNOLOGIA $/Kw $/MWh 1 Pequeñas Hidroe 3000 40,45 2 Hidroelect 2934 54,32 3 TGA 562 62,18 4 TG CC 919 66,66 5 TGA CC 1025 71,19 6 TG 812 73,30 7 Orimulsión Turbina (1) 840 76,28 8 Hidro + Bombeo 5288 77,16 9 Solar PV 3873 85,05 10 Solar PV (desplazam) 3873 93,50 11 Solar PV (20 % almacenam) 4233 95,91 12 TGA + CC + CCS 2094 110,27 13 Eolica Tierra 2210 122,57 14 Fuell cell 7100 138,10 15 Fuel Oil 3000 143,10 16 Carbon Pulverizado 3246 171,23 17 Eolica Mar 6230 210,84 18 Solar termica 5060 217,70 19 TG CC Integral 4400 252,44 20 Carbón Gasificado + CCS 5231 264,10 21 TG integrada + CCS 7615 264,46 22 Nuclear Avanzada 5530 286,94 23 Geotermal Binaria 4360 325,79 24 Biomasa Cama fluidizada 4100 388,14 25 Geotermal 6240 424,52 26 Biomasa CC 8150 1110,9 27 Residuos solidos municipales 8320 1220,6 TG = Turbina a gas A = Avanzada CC = Ciclo combinado CCS = Captura de Carbono (1) = Turbina SGT 500 Los costos nivelados mostrados corresponden a valores de inversión y costos de O&M de 2013. Para la emisión de CO2 se contempla un costo de 50 $/TM. Se asume un TIR = 0 (cero) para la evaluación de cada Tipo de Tecnología Mundo. Costos nivelados promedios generación eléctrica (LCOE) Cálculos: Nelson Hernández Infografía: Nelson Hernandez Fuente: EIA / IEA / Lazard / Fraunhofer
  22. 22. Gas Convencional Carbón Pulverizado Sin Costo Emisión CO2 Con Costo Emisión CO2 171.2 125.2 73.3 41.1 Mundo. LCOE . Impacto de la emisión de CO2 ($/Mwh) Cálculos: Nelson Hernández Infografía: Nelson Hernandez Fuente: EIA / IEA / Lazard / Fraunhofer
  23. 23. Inversión Combustible Inversión Combustible 68 69 70 71 72 73 74 75 76 -15% -10% -5% 0 5% 10% 15% LCOE($/Mwh) 145 150 155 160 165 170 175 180 185 -15% -10% -5% 0 5% 10% 15% LCOE($/Mwh) Gas Convencional Carbón Pulverizado Mundo. LCOE Vs Variación en inversión y precio combustible Cálculos: Nelson Hernández Infografía: Nelson Hernandez Fuente: EIA / IEA / Lazard / Fraunhofer
  24. 24. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 50 75 100 150 200 250 300 Gas ConvencionalCarbón Convencional Mundo. Costos nivelados eléctrico Vs Costo emisión CO2 Cálculos: Nelson Hernández Infografía: Nelson Hernandez Fuente: EIA / IEA / Lazard / Fraunhofer $/TM CO2 LCOE($/Mwh) Eólica Marina Nuclear Avanzada Solar Concentrada
  25. 25. Complete Initial R&D for 1 MW to Full-Scale SSP NASA: Programa de Energía Solar Espacial 2003-2005 2006-2010 2011-2015 2016-20202002 Studies & Proof-of- Concept Technology Research (TRL 2-4) Technology Research, Development and Test (TRL 4-5) Dual-Purpose Applications R&D (TRL 4-6) FY99 FY00 FY01 FY02 FY03 FY04 FY05 FY06 FY07 FY08 FY09 FY10 FY11 FY12 FY13 FY14 FY15 FY16 FY17 FY18 FY19 FY20 Technology Demos (TRL 6-7) LEGEND R&D Decision Point Major R&D Pgm Milestone Strategic R&T Road Map Objective MSC 3 10 MW-Class Flight Demo (TRL 7) Complete Initial SSP Technology Research for 1- 10 MW Class to Full-Scale Systems Complete Initial R&D for 1 MW to Full-Scale SSP Technology Testbeds MSC 1 100 kW Class SSP flight demo 50 M Class flight expt. (incl SPG, AR&D, dist. control) Component-Level Flight Experiments Ground Test of SPG/WPT/Other Breadboards Large structures for large apertures & solar sails Component-Level Proof-of-Concept experiments High Efficiency Arrays for S/C SSP Concept definition complete Ground Test very large deployable structures 1 MW Class SSP advanced technology subsystem flight demo’s (SPG/SEPS/WPT) 10 kW 100 kW 1 MW High Power SEPS For Science Probes Lunar Power, Large SEPS High-Power GEO CommSats MSC 2 10-100 kW SSP planetary surface demo SSP Model System Concept(s) MSC 4+ (2020+)
  26. 26. Fuente: Dassault Systems Infografía: Nelson Hernández Energía Solar Espacial
  27. 27. COSTO INVERSION NIVELADO TIPO TECNOLOGIA $/Kw $/MWh 1 Pequeñas Hidroe 3000 40,45 2 Hidroelect 2934 54,32 3 TGA 562 62,18 4 TG CC 919 66,66 5 TGA CC 1025 71,19 6 TG 812 73,30 7 Orimulsión Turbina (1) 840 76,28 8 Hidro + Bombeo 5288 77,16 9 Solar PV 3873 85,05 10 Solar PV (desplazam) 3873 93,50 11 Solar PV (20 % almacenam) 4233 95,91 12 TGA + CC + CCS 2094 110,27 13 Eolica Tierra 2210 122,57 14 Fuell cell 7100 138,10 15 Fuel Oil 3000 143,10 16 Carbon Pulverizado 3246 171,23 17 Eolica Mar 6230 210,84 18 Solar termica 5060 217,70 19 TG CC Integral 4400 252,44 20 Carbón Gasificado + CCS 5231 264,10 21 TG integrada + CCS 7615 264,46 22 Nuclear Avanzada 5530 286,94 23 Geotermal Binaria 4360 325,79 24 Biomasa Cama fluidizada 4100 388,14 25 Geotermal 6240 424,52 26 Biomasa CC 8150 1110,9 27 Residuos solidos municipales 8320 1220,6 TG = Turbina a gas A = Avanzada CC = Ciclo combinado CCS = Captura de Carbono (1) = Turbina SGT 500 Los costos nivelados mostrados corresponden a valores de inversión y costos de O&M de 2013. Para la emisión de CO2 se contempla un costo de 50 $/TM. Se asume un TIR = 0 (cero) para la evaluación de cada Tipo de Tecnología Mundo. Costos nivelados promedios generación eléctrica (LCOE) Cálculos: Nelson Hernández Infografía: Nelson Hernandez Fuente: EIA / IEA / Lazard / Fraunhofer Solar Espacial Inversión: 40000 $/Kw LCOE = 320 $/MWh
  28. 28. Fusión Nuclear (TOKAMAK) La razón de esta persistencia: El deuterio y litio, cuya fusión ocurre en la planta para producir tritio que es el combustible.. Ambos componentes existen en cantidades ilimitadas en todo el mundo. Un gramo de tritio puede liberar tanta energía como 11 toneladas de carbón.
  29. 29. Nuclear Fusión Nuclear Fisión Hidroelectricidad Otras Renovables Carbón Gas Petróleo 20902050204020302020201020052000 208020702060 2100 86 76 67 60 49 39 33 26 2320 124 105 Fuente: Max Planck Institute Infografía: Nelson Hernández Mundo. Consumo neto de electricidad (MBDPE)
  30. 30. La tendencia mundial es un mayor consumo de energía, pero con menor emisión de CO2 (reducción energías fósiles) para evitar que el calentamiento promedio de la superficie del planeta supere los 2 °C para finales de siglo El medio energético preferido será la electricidad con un 50 % de la energía a consumir en el 2050, dirigida a su obtención. El 80 % de la energía eléctrica generada en el 2050 no emite CO2. Para el 2050, de las energías renovables, la solar será la de mayor uso. Seguida por la eólica y la hidroelectricidad En un mundo con tendencia de electrificación masiva dentro de un cambio de la estructura energética mundial, el LCOE es una herramienta fundamental para la comparación de los costos unitarios de diferentes tecnologías Lecciones Aprendidas
  31. 31. Del análisis del LCOE, podemos indicar: • La tecnología más económica para generar electricidad sigue siendo la hidroelectricidad • Dentro de los fósiles la generación con turbinas a gas es la más económica • Las modalidades de la tecnología solar PV compite abiertamente con tecnologías basadas en fósiles • La turbina SGT 500 abre una posibilidad de masificar el uso de la Orimulsión en la generación eléctrica • La penalización por la emisión de CO2 de las tecnologías basadas en fósil es una acción positiva en la lucha contra el cambio climático Para la 2da mitad del siglo XXI, el mundo científico y tecnológico apuesta a la Energía Solar Espacial y a la Fusión Nuclear como la fuentes principales (…algunos dicen que las únicas) para la satisfacción de los requerimientos energéticos de la humanidad. Lecciones Aprendidas
  32. 32. Academia Nacional de la Ingeniería y el Hábitat Costos Nivelados Eléctricos (LCOE) Ing. Nelson Hernández (Energista) Blog: Gerencia y Energía La Pluma Candente Twitter: @energia21 Noviembre 2015Periódico on line: Energy News … Muchas Gracias!

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