La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Tecnología de Aerogeneradores y.

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1 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Tecnología de Aerogeneradores y sus aplicaciones en México: limitaciones y oportunidades Marco Borja Díaz Instituto de Investigaciones Eléctricas Reforma 113, Col. Palmira, Cuernavaca, Mor., México, CP 62584 Tel: +51-777-3623811, Ext. 7251 e-mail: maborja@iie.org.mx 1

2 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 1. Introducción 2 En los últimos 3 años el índice de crecimiento promedio anual es cercano a 30%

3 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Distribución de la capacidad eoloeléctrica por continente

4 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium

5 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Los 10 líderes en capacidad instalada durante 2009

6 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium

7 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Durante el a ñ o 2009 En el mundo … Se instalaron cerca de38,000 MW/a ñ o 23,000 Aerogeneradores/a ñ o Indicadores104 MW/d í a 63 Aerogeneradores/d í a 4.3MW/hora 2.6Aerogeneradores/hora Capacidad de AG promedio1.65MW

8 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Central Eoloeléctrica Estado No. Ags. Marca Potencia Ag. (kW) Potencia Central (MW) Estado Finales 2010 MESAño Capacidad acumulada 1La Venta ICFEOAX6Vestas2251.35ONov19941.35 2Guerrero NegroCFEBCS1Gamesa6000.6OMar19991.95 3La Venta IICFEOAX98Gamesa85083.3OEne200785.25 4Parques Ecológicos de MéxicoIberdrolaOAX94Gamesa85079.9OEne2009165.15 5EURUSCEMEXOAX167Acciona1,500250.5ODic2009415.65 6CERTE-IIE fase 1IIEOAX1Komai3000.3OJul2010415.95 7La Rumorosa IG. EstadoBC5Gamesa2,00010OFeb2010425.95 8Eléctrica del Valle de MéxicoEDFOAX27Clipper2,50067.5OAbr2010493.45 9Bii Nee Stipa Energía EólicaIberdrolaOAX31Gamesa85026.35OJun2010519.80 10La Venta IIICFEOAX121Gamesa850102.9ConsOct2011622.65

9 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Central Eoloeléctrica Estado No. Ags. Marca Potencia Ag. (kW) Potencia Central (MW) Estado Finales 2010 MESAño Capacidad acumulada 11Oaxaca ICFEOAX121Vestas850102.9Cont 2011725.5 12Desarrollos Eólicos MexicanosDEMEXOAX112Gamesa2,000224.0Cons 2011949.5 13Oaxaca IICFEOAX68Acciona1,500102.0Cont 20111051.5 14Oaxaca IIICFEOAX68Acciona1,500102.0Cont 20111153.5 15Oaxaca IVCFEOAX68Acciona1,500102.0Cont 20111255.5 16Fuerza Eólica del IstmoFE-PeñolesOAX 30.0Cons 20121285.5 17Eoliatec del Istmo Fase 1EoliatecOAX 22.0NI 20121307.5 18Eoliatec del PacíficoEoliatecOAX 160.5NI 20121468.0 19Eoliatec del Istmo Fase 2EoliatecOAX 142.2NI 20121610.2 20Gamesa EnergíaGamesaOAX 288.0NI 20121898.2 21Vientos del IstmoPrenealOAx 180.0NI 20122078.2 22Energía Alterna IstmeñaPrenealOAX 215.9NI 20122294.1 23Unión Fenosa GeneraciónU. FenosaOAX 227.5NI 20122521.6 24Fuerza Eólica del istmo Fase 2F. EólicaOAX 50NI 20122571.6

10 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 10 Central Eólica: Eléctrica del Valle de México Capacidad 67.5 MW. Aerogeneradores: Clipper Wind 2.5 MW (USA), 27 unidades Diámetro 80 metros, altura al centro del rotor 80 metros

11 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 11 Central Eólica La Venta II Capacidad 83.3 MW - 98 aerogeneradores de 850 kW Modelo: Gamesa G52, diámetro 52 metros, 44 m altura

12 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 2. Aspectos de mercado y estrategia 12 Reparto de mercado de aerogeneradores 2009

13 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 13 Capacidad de aerogeneradores Promedio mundial en 20091,600kW Aerogeneradores más grandes6,000kW Aerogeneradores más pequeños850-300kW Lo más común (mainstrem)1500-2500kW

14 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 14 Política energética y ambiental, leyes, decretos, reglamentos Tarifa de compra mejorada Portafolio de Energía Renovable (RPS), también RPO o RO Electricidad verde Créditos fiscales Depreciación acelerada Subsidios a capital Medición Neta Facturación Neta Excepción de impuestos Fomento industrial y nuevas oportunidades de negocio Principales elementos de impulso de mercado

15 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 15 Principales elementos de impulso de mercado en México Ley para el Aprovechamiento de las Fuentes de Energía Renovable y el Financiamiento de la Transición Energética Programa Especial para el Aprovechamiento de las Fuentes de Energía Renovable Modelo de Contrato de Interconexión para Fuente de Energía Renovable Modelo de Contrato de Compra-Venta de Energía para Pequeño Productor de Electricidad Regulación de cargos por transmisión de electricidad para Fuente de Energía Renovable Depreciación Acelerada Construcción de infraestructura para transmisión de electricidad Licitaciones para centrales de Producción Independiente Proyectos semilla

16 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 16 Principales beneficios Creación de nuevos empleos Nuevas líneas de producción Nuevas oportunidades de negocio Desarrollo regional Diversificación energética Desarrollo sustentable Mitigación del Cambio Climático Global

17 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium ? 3. Opciones tecnológicas y tendencias Desarrollo

18 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Apariencia General RotorGóndola Torre

19 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium A simple vista, los diferentes modelos de aerogeneradores son parecidos entre sí. Sin embargo, existen diferencias tecnológicas muy importantes entre ellos que pueden resultar en ventajas competitivas relevantes. Los aerogeneradores modernos son tecnológicamente maduros. Sin embargo, aún hay, y siempre habrá, muchas oportunidades de mejora en sus aspectos técnicos y económicos.

20 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Clase de AerogeneradorClase IClase IIClase IIIClase S V ref (m/s) 50 42.5 37.5 Valores especificados por el diseñador A I ref (-) 0.16 B I ref (-) 0.14 C I ref (-) 0.12 Norma IEC 61400-1 Ed 3- 2007 V ref = Velocidad promedio en 10 minutos con período de retorno de 50 años, (H hub )

21 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Clase de AerogeneradorClase IClase IIClase IIIClase S V ref (m/s) 50 42.5 37.5 Valores especificados por el diseñador V ave (m/s) 10 8.5 7.5 V e50 (m/s) 70 59.5 52.5 V e1 (m/s) 40 34 30 Norma IEC 61400-1 Ed 3- 2007 V ave = 0.2 V ref V e50 = 1.4 V ref V e1 =0.8 V e50

22 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Clase de AerogeneradorClase IClase IIClase IIIClase S V ref (km/h) 180 153 135 Valores especificados por el diseñador V ave (km/h) 36 30.6 27 V e50 (km/h) 252 214.2 189 V e1 (km/h) 144 122.4 108 V ave = 0.2 V ref V e50 = 1.4 V ref V e1 =0.8 V e50

23 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Norma IEC 61400-1 (2007) Vida útil de diseño clases I, II y IIIPor lo menos 20 años Temperatura ambiente normal-10°C a +40°C Temperatura ambiente extrema-20°C a +50°C Humedad relativahasta 95% Densidad del aire1.225 kg/m 3 Descargas eléctricas atmosféricas Hielo Terremoto o Sismos

24 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Norma IEC 61400-1 Ed 3- 2007 Casos de carga Gravitacional e inercialCargas estáticas y dinámicas que resultan de la gravedad, vibración, rotación y actividad sísmica Cargas aerodinámicasCargas estáticas y dinámicas que son causadas por el viento y su interacción con las partes estáticas o en movimiento de los aerogeneradores Cargas por actuaciónCargas que resultan de las acciones de operación y control de un aerogenerador. Hay varias categorías incluyendo el control de torque, de orientación, de pitch, frenado mecánico.

25 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Seguridad – Prioridad 1

26 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Gen.Comentarios 1G-CRE No amigables con la red eléctrica Sistemas de velocidad constante con Generadores asíncronos o síncronos directamente conectados red. En proceso de extinción 2G-CRE Parcialmente amigables con la red Generadores asíncronos doblemente alimentados, con convertidor de potencia a escala parcial (AC-DC-AC). Dominan el mercado actual. Pero van perdiendo terreno 3G-CRE Amigables con la red eléctrica Con convertidor de potencia a escala completa AC-DC-AC. Cumplimiento de códigos de red 4G-CRE Sistemas inteligentes Clasificación según su compatibilidad con el sistema eléctrico Marco Borja, 2010

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29 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Gen.Comentarios C-N1Prototipos De cualquier índole Incluyen innovaciones de vanguardia o rompimiento C-N2Prototipos Sistemas probados a los que se agregan innovaciones sustantivas orientadas a reducir costos C-N3 Sistemas probados en condiciones similares Con convertidor de potencia a escala completa AC-DC-AC. Cumplimiento de códigos de red C-N4 Sistemas probados en condiciones iguales Aplicación por lo menos 20 años Clasificación según su confiabilidad Marco Borja, 2010

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34 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium La gran mayoría de sitios ventosos en los litorales de México Velocidad del viento promedio anual Entre 6.5 y 8.5 m/sPara alturas entre 80 y 100 metros Clases de aerogeneradores por producción de energía Clase III y Clase II Clase II V e50 = 214.2 km/h Clase III V e50 = 189.0 km/h Clase de aerogenerador por seguridad Por lo menos Clase I Mejor Clase S Clase I V e50 = 252 km/h Por ejemplo Ve50 = 288 km/h o más

35 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Mejor opción, Clase S, combinación, por ejemplo Vave8.5 m/sClase II Ve5080 m/s o másClase S Compatibilidad con red eléctrica Sistema amigable a red o mejor, sistema inteligente 3G-CRE o mejor 4G-CRE Confiabilidad Sistemas probados en condiciones iguales o por lo menos similares CN3 o mejor CN4 Nivel Sísmico Turbulencia Corrosión Según el sitio Corrosión

36 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Aún no hay algún modelo de aerogenerador en el mundo que reúna dichas características. Ya hay filosofías de diseño que consideran esos aspectos

37 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium Centro Regional de Tecnología Eólica IIE Prototipo de aerogenerador en pruebas Donado por GEF-PNUD Marca KOMAIHALTEC, Inc. (Japón) Capacidad 300 kW Diámetro 33 metros Altura 43 metros Clase S (especial) V ave = 8.5 (Clase II) V e50 = 70 (Clase I ) Intensidad de turbulencia 20% (Clase S) Sismisidad 1G «Japanese Class» Primer pequeño productor eólico Operando comercialmente desde Julio de 2010

38 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 38 Gracias ¿Dudas, Preguntas? Fotografía: ocaso desde el centro regional de Tecnología eólica del IIE, autor Marco Borja.

39 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 3. Aspectos económicos 39 Costo nivelado de generación I= Costo de inversión OM = Costo de Operación y Mantenimiento MM = Costo de mantenimiento mayor VR = Valor de rescate N = Vida útil [20 años] r= Tasa de descuento PGE= Potencial de generación de electricidad

40 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 40 Costos de Inversión Varía de un lugar a otro dependiendo de: Costo de los aerogeneradores (diferente según su clase y su tecnología). Altura de instalación de los aerogeneradores (torre). Gastos de transportación (incluyendo seguros). Necesidad de construcción o modificación de caminos de acceso. Necesidad de construcción o refuerzo de línea de interconexión. Tipo de terreno (v.g., plano, semi-complejo, muy complejo) Tipo de suelo (rocoso, agrícola, arenoso, expansivo, inundable). Costo de materiales en la región. Costo de mano de obra en la región. Intereses durante la construcción. Contingencias (v.g., dificultad para instalar aerogeneradores por vientos altos)

41 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 41 Costos de inversión Dólares/kW Australia1,9393,136 Austria2,3802,520 Canadá2,1002,520 Dinamarca1,8203,640on-offshore Grecia1,5401,960 Irlanda2,243 Italia2,436 Japón3,150 México1,8202,100 Holanda1,855 Noruega1,9602,240 Portugal1,8202,100 España1,750 Suecia2,1143,024 Suiza2,639 Reino Unido1,4702,205onshore 2,9404,410offshore Estados Unidos2,022

42 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 42 Costos de aerogeneradores Dólares/kW Australia1,3861,848 Austria1,9602,100 Canadá1,4701,862 Irlanda1,3301,400 Italia1,778 Japón2,100 México1,4001,680 Portugal1,3301,820 España1,302 Suecia1,3581,820 Suiza2,030 Estados Unidos1,0421,607

43 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 43 Costos de Operación y Mantenimiento Rango principal 0.01 a 0.025 US$/kW Específicos por proyecto Condiciones de operación Normal Agresiva Extrema Calidad de componentes Originales Refacciones Calidad de mano de obra Oportunidad

44 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 44 Potencial de generación de electricidad = (MWh/año) Factor de planta = (Energía Generada / Energía a Capacidad Plena)*100 Factores de planta de centrales eólicas comerciales: 18 a 45 %

45 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 45 Costo de energía eólica: Dinamarca 0.042 a 0.070 US$/kWh El inversionista requiere cerca de 0.098 US$/kWh (Aprox. 1.274 MN$/kWh) Estados Unidos: precio 0.0612 + 0.025 Tax credit = 0.086 US$/kWh (Aprox. 1.118 MN$/kWh) México precio de compra a IPP en Oaxaca 304.2 MW –Acciona- Oaxaca I 0.0658 Oaxaca II 0.0678 promedio 0.0658 USD$ (Aprox. 0.855 MN$/kWh) Oaxaca III 0.0637 Norte II Ciclo Combinado 433 MW --- 4.17 millones de dólares PNG= 1.1214 MN$/kWh

46 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 46 Costo de energía eólica: Dinamarca 0.042 a 0.070 US$/kWh El inversionista requiere cerca de 0.098 US$/kWh (Aprox. 1.274 MN$/kWh) Estados Unidos: precio 0.0612 + 0.025 Tax credit = 0.086 US$/kWh (Aprox. 1.118 MN$/kWh) México precio de compra a IPP en Oaxaca 304.2 MW –Acciona- Oaxaca I 0.0658 Oaxaca II 0.0678 promedio 0.0658 USD$ (Aprox. 0.855 MN$/kWh) Oaxaca III 0.0637 Norte II Ciclo Combinado 433 MW --- 4.17 millones de dólares PNG= 1.1214 MN$/kWh

47 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 47 Inversión Pública (OP) Producción externa - Producción independiente (PI) - Pequeña producción (PP) Autoabastecimiento (AA) Exportación (Ex) Generación centralizada Generación distribuida Modalidades de proyectos eólicos

48 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 4. Principales retos 48 Arrendamiento de terrenos Conseguir aerogeneradores Impacto ambiental Aceptación social Infraestructura eléctrica Accesos Asegurar clientes Firma de contratos Puesta en operación oportuna Cumplimiento de códigos de red Instalaciones en clima adverso

49 La Transición Energética y las Energías Alternas: Oportunidades y Responsabilidades 3 y 4 de mayo de 2011 7° Simposium 49 Gracias ¿Dudas, Preguntas? Fotografía: ocaso desde el centro regional de Tecnología eólica del IIE, autor Marco Borja.